純粹的鐵磁性物質並不多見,在室溫下只有3種元素具有磁性:鐵、鈷和鎳。而銅、錳這些金屬,中學生都知道它們沒有磁性。最近,英國利茲大學的Oscar Cespedes教授及其研究團隊逆轉了這一「常識」。
科學家們通過將金屬薄膜與碳基有機分子相結合,發現兩種常見的非磁性金屬(銅和錳)可以產生磁性,這一令人驚奇的研究成果刊發於近期的《Nature》雜誌上。雖然產生的磁性很弱,且幾天後就消失,但這一發現可能會導致新的雜化金屬-有機磁體的誕生。
圖片來源:www.nature.com
Cespedes和他的同事將銅和錳的金屬薄膜置於富勒烯層上,之所以選擇富勒烯是因為它能很容易地將電子從金屬薄膜上剝離下來,使這層薄膜具有部分磁性。當施加的外部磁場撤離後,還會留下大約10%的感應磁場,從而產生弱磁性。
富勒烯結構示意圖。圖片來源:Shutterstock
研究人員的靈感來源於20世紀30年代的理論物理學家Edmund Stoner(也是在英國利茲大學)提出的理論。他提出了判斷一種元素是否具有鐵磁性的「斯託納判據」(Stoner's criterion)。Cespedes團隊的研究成果,打破了這一經典原則,預示著可能在其它非磁性金屬中也能誘導出磁性。
Cespedes希望這種創新技術能夠在多個領域都有應用前景,比如為磁共振成像(MRI)提供一個具有更好生物相容性和環境友好度的造影劑,或者,為風力發電機提供材料更廉價更易獲得的磁鐵。但是,由於很多應用需要強磁鐵(比如風力發電機),因此這種金屬有機雜化材料還有很長的路要走。
義大利國家研究委員會的Giancarlo Panaccione說,能在室溫下獲得該材料很重要。這種能力可被用於高密度計算機內存中:磁性「位點」可以儲存在金屬和富勒烯之間的接口。
Cespedes承認還有很多工作要做,或許通過將金屬和有機分子交織在基質中而不是層間,或者改變其中任何一個的組分提高磁場強度,能延長這種磁性效果。
http://www.nature.com/nature/journal/v524/n7563/full/nature14621.html
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