磁性和鐵電金屬:未來材料的兩個方向

2021-01-19 新材料在線



材料技術（應用於各種器件中，從傳感器到計算機內存，等等）兩個特別搶手的性質：磁性和鐵電性。尋求同時具有這兩種性能的材料是非常渴望的事情。目前來說，這兩種性質幾乎是完全相互排斥的，但一項新的研究引入了一種創新方法，有望很快使其成為現實。


對於技術而言，磁性和鐵電性這兩個性質非常的重要。現在，科學家們提出了一種全新的模式來創建這種「多鐵」材料。圖片來源：James Rondinelli


材料技術（應用於各種器件中，從傳感器到計算機內存，等等）兩個特別搶手的性質：磁性和鐵電性。對於尋求同時具有這兩種性能的材料變得非常迫切。目前來說，這兩種性質幾乎是完全相互排斥的，但由SISSA/西北大學（Northwestern University）進行的一項新研究引入了一種創新方法，有望很快使其成為現實。


磁性和鐵電性：技術領域特別重要的兩個性質。前者在實證用途方面眾所周知：它可使指南針指向北極方向，磁場可使磁矩對齊（構成材料電子的自旋）。後者是磁性的電形式。鐵電材料即使在移除引起它的電場後仍然保持電極化。這兩個性質非常有用，更何況它們還有可能共存於同一材料之中。那一刻相互排斥：材料要麼具有鐵電性要麼具有磁性。


事情可能很快就會發生變化。義大利SISSA和美國伊利諾州西北大學（Northwestern University）在《物理評論快報》（PhysicalReview Letters）上共同發表了一項新研究，提出了一種創建這種「多鐵」材料的全新模式。


「我們肯定不是首個嘗試獲得這種材料的，但在這一點上鮮有滿意的結果。」該研究作者之一、SISSA研究員Massimo Capone指出，「我們的方法基於一個令人驚訝的系統之上。」 Capone及其同事進行理論研究工作，作為開發這種材料本身的一個嚮導。


「我們的方法基於利用絕緣材料與鐵電材料鋰鋨層交替形成三明治結構。添加絕緣材料使得磁性在兩個非磁性材料中出現。這樣的安排，我們在術語中稱之為異質結，放慢了系統中的電子，而這是這一現象導致了磁性的出現。」該研究作者之一、SISSA/CNR IOM研究員GianlucaGiovanetti如此解釋。


「我們的理論模型表明了一個明顯的效果，而且我們發現有可能利用磁性來控制鐵電性，這是另一個重要的性質。」 Capone 總結說，「下一步將是測試材料本身。」


新材料在線整理，轉載請註明出處！


尋材問料

讓天下沒有難找的材料

國內首家材料解決方案一站式社區電商平臺

設計師|材料採購|材料供應商 都在使用的工具

點擊「閱讀原文」查看更多

相關焦點

  • 中國科大半金屬磁性材料的理論設計取得新進展
    近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室、化學與材料科學學院教授楊金龍研究組在尋找具有室溫半金屬磁性材料方面取得重要理論進展，使得製備可在常溫環境下工作的自旋電子器件成為可能。此成果發表在《美國化學會志》上。
  • 首次觀察到:原生鐵電金屬!具有雙穩態和自發極化態
    首次觀察到：原生鐵電金屬！在2019年7月5日發表在《科學進展》上的研究中，澳大利亞科學家公布了對原生鐵電金屬的首次觀察：一種具有雙穩態和電可切換的自發極化狀態的原生金屬——鐵電特徵。研究發現，在室溫條件下，體晶雙碲化鎢(WTe2)中原生金屬豐度與鐵電性共存。一種金屬和鐵電體材料，在室溫下呈塊狀結晶，具有納米電子應用的潛力。
  • 「分子訣竅」讓非磁性金屬擁有磁性
    原標題：「分子訣竅」讓非磁性金屬擁有磁性　　科技日報北京8月5日電 （記者張夢然）在各種材料中，鐵是最廣為人知的鐵磁性物質。而本周出版的英國《自然》雜誌的一篇材料科學論文，描述了一種能讓非磁性金屬如錳和銅，在常溫下擁有磁性的技術。
  • 現實世界的T2磁性液態金屬意味著未來各式各樣的小工具
    有沒有想過要用液態金屬製造「終結者」機器人？
  • 遊走於邊緣 — 鐵電金屬
    按照量子鐵電理論的定義，低對稱結構的鐵電極化就定義為 ΔP = P(0) - P(1)。　　至此，鐵電量子理論宣言任何有帶隙材料的鐵電極化都可以精確計算出來，哪怕是那些不怎麼好的絕緣體！這一結果，可以看成是鐵電物理開疆拓土的一步，雖然還沒能邁向能 cover 鐵電金屬的那一步。　　問題是：不那麼好的金屬，或者壞金屬，能容納鐵電極化麼？！要回答之，先就要看什麼是壞金屬。
  • 二維金屬也具有鐵電性!
    Cobden教授（通訊作者），以及華盛頓大學材料科學與工程系徐曉東副教授、美國橡樹嶺國家實驗室Jiaqiang Yan助理教授，首次成功驗證了碲化鎢（WTe2）拓撲半金屬二維材料在室溫下的鐵電極化反轉能力，並在多種二維材料中都展現出了良好的兼容性和魯棒性。
  • 進展|磁性半金屬EuB6和量子反常霍爾效應研究進展
    近年來，研究人員已經在非磁性材料中發現了大量的拓撲半金屬材料，例如狄拉克半金屬Na3Bi和Cd3As2, 外爾半金屬TaAs, 和nodal-line半金屬Cu3PdN。通過破缺特定的對稱，由對稱性保護的拓撲半金屬態可以轉化為其他拓撲半金屬態或者有能隙的拓撲態，例如，破缺時間反演對稱，狄拉克半金屬會轉化成外爾半金屬；破缺鏡面對稱，nodal-line半金屬會轉化成外爾半金屬。
  • 稀土和釹鐵硼磁性材料是什麼關係？
    稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬（如鈷、鐵等）組成的合金，用粉末冶金方法壓型燒結，經磁場充磁後製得的一種釹鐵硼磁性材料。稀土永磁分釤鈷永磁體和釹鐵硼永磁體。其中磁體的磁能積在15--30MGOe之間，磁體的磁能積在27--50MGOe之間，被稱為「永磁王」，是目前磁性最高的永磁材料。
  • 金屬材料的未來
    在把重量作為主要考慮因素的應用領域，例如航空及運動器材等，金屬逐步被其他輕質高強材料所替代。 在這種趨勢下，未來金屬材料是否會被其他材料完全取代？金屬材料的優缺點是什麼？金屬材料發展的出路在哪裡？哪些領域將對金屬材料有需求？
  • CMF實驗室 | 磁性材料
    不少設計師的黑科技設計都採用了這樣一種材料，比如我們接觸普遍的磁懸浮產品設計創意，無疑就是採用了這樣的材料設計。那麼對於磁性材料，你了解多少？01什麼是磁性材料物質大都是由分子組成的，分子是由原子組成的,原子又是由原子核和電子組成的。
  • 磁性外爾半金屬材料研究現狀與展望
    文章介紹了磁性外爾半金屬的理論模型、拓撲數計算等基本原理，簡要回顧了一些典型材料的理論計算和實驗研究進展，並介紹了磁性拓撲量子化學理論和磁性拓撲材料的高通量計算，最後討論了磁性外爾半金屬的發展前景和未來的研究方向。
  • 磁學研究所:磁性材料已成為關鍵功能材料
    直接從事磁性材料製造加工的企業大約為1000家。　　中國磁性材料產業的生產企業數量雖多，但規模和日本比，相差較遠，如TDK、日立金屬、信越化工，川崎制鋼等產值非常高。TDK去年一年銷售額就達60多億美元，而國內一千多家工廠所擁有的市場僅700億左右，我國磁性材料產業集中度不高。　　問：眼下有個說法是磁性材料行業產能過剩，您對這一說法持什麼看法？
  • 磁性材料
    根據物質在外磁場中表現出的特性，物質可分為順磁性物質、抗磁性物質、鐵磁性物質、亞鐵磁性物質和反鐵磁性物質五類。鐵磁性和亞鐵磁性物質為強磁性物質，抗磁性和順磁性物質為弱磁性物質。通常所說的磁性材料一般是指強磁性物質，是在外磁場中有較明顯的磁化反應的材料。
  • Science: 掃描探針顯微鏡控制器在二維磁性材料研究中的突破性應用...
    導讀：　　自2017年來，二維磁性在單層材料中的實現使得二維磁性材料受到了極大的關注。範德瓦爾斯磁體讓我們對二維極限下的磁性有了更進一步的了解，不同磁結構的範德瓦爾斯磁體使得實驗上探究二維下的磁學模型成為可能。
  • 支撐電子技術發展的電功能材料、電磁材料、磁性材料
    電子材料的發展銅是人類最早使用的一種金屬。公元前40世紀人類就開始利用硫化銅礦石在大氣中加熱獲得金屬銅。後來獲知加入錫(Sn)可以導致熔點下降和強度上升，從此迎來了青銅器時代。另外，人類還曾經將黃銅作為貨幣使用。到了現代，銅已成為人類文明不可替代的一種導電材料。
  • 科學家創造未來材料:隱形和超導
    從物理角度看，是人工合成和以特殊方式建造的結構，具有自然界無法獲得的電磁或光學特性。　　未來，新材料可以讓實現隱形、創建通用無線充電器和大數據存儲系統、以及控制超導體的性能成為可能。　　在科幻小說作家的作品中廣泛流行的隱形，不僅僅指物體的光學特性。無傷害的噪音和我們感覺不到的物理震動也都是隱形的。新材料可以實現「隱形」，以保護士兵、車輛等等。
  • 15個磁性材料相關概念解釋(基礎版)
    根據物質在外磁場中表現出的特性，物質可分為五類：順磁性物質，抗磁性物質，鐵磁性物質，亞鐵磁性物質，反鐵磁性物質。我們把順磁性物質和抗磁性物質稱為弱磁性物質，把鐵磁性物質、亞鐵磁性物質稱為強磁性物質。2.磁性材料軟磁材料：可以用最小的外磁場實現最大的磁化強度，是具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料。軟磁材料易於磁化，也易於退磁。例如：軟磁鐵氧體、非晶納米晶合金。
  • 前沿技術出現:銅、錳也可以製作磁性材料
    在元素周期表裡面，錳、鐵、鈷、鎳和銅5種金屬元素排在一起，它們都屬於化學性質相對比較活潑的金屬，但活潑並不代表具有磁性。
  • 美國研究生材料工程專業五大申請方向
    研究內容主要包括固體電解質材料的製備，結構和性能研究;結構陶瓷的製備，組織結構和性能的研究;磁性材料、電性材料、壓電陶瓷、半導體陶瓷等功能材料的製備和研究;古陶瓷和日用陶瓷的研究和開發。 高溫陶瓷、耐火材料的製備和開發等。　　申請分析：這個專業方向比金屬材料難申請。
  • 物理學家:利用光,就能將非磁性金屬變成磁鐵!
    來自新加坡南洋理工大學和丹麥哥本哈根尼爾斯玻爾研究所的物理學家，設計了一種利用雷射將非磁性金屬變成磁鐵的方法。磁鐵和磁鐵的磁場通常是由循環電流產生，就像在日常電磁線圈中發現的那樣。這些線圈的「旋向」（無論是順時針還是逆時針）決定了產生磁場的方向。