此前，科學(xué)家們認(rèn)為，電性和磁性難以和平共處于一種材料中，它們會相互對抗。而據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)7月26日（北京時間）報道，美國和德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，磁性和電性可相安無事地耦合于一種特殊的金屬—多鐵性材料中。這種多鐵性材料可廣泛應(yīng)用于下一代運(yùn)行速度更快、能效更高的邏輯設(shè)備、存儲器和傳感設(shè)備。相關(guān)研究發(fā)表在7月25日出版的《物理評論快報》上。
多鐵性材料指的是一種擁有南北極的磁性材料，施加電場可改變其南北極。此前，科學(xué)家們寄希望于讓多鐵性材料的原子排列或晶格變形產(chǎn)生電極化來產(chǎn)生這種耦合?，F(xiàn)在，美國能源部下屬的布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和德國萊布尼茲固體材料研究所的科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，電性和磁性還能以一種新方式耦合在特殊金屬氧化物中。
該團(tuán)隊使用了布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的同步輻射光源（NSLS）發(fā)出的超亮X射線激光束來檢查由釔、鎂和氧組成的特殊金屬氧化物的電子結(jié)構(gòu)，并觀察到主要由環(huán)繞在原子周圍外部的電子云所產(chǎn)生的電性和磁性耦合。在這種材料形成化學(xué)鍵并讓原子緊緊結(jié)合在一起的過程中，鎂和氧電子的原子軌道相互混淆了。測量結(jié)果表明，該過程中材料的磁結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，導(dǎo)致其產(chǎn)生電極化而變得具有鐵電性。換句話說，該材料磁結(jié)構(gòu)的任何變化都會導(dǎo)致其電極化方向發(fā)生變化，這就使該材料成為多鐵性材料。該研究的參與者之一、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家斯圖爾特·威爾金斯說：“以往，科學(xué)家只能從理論上預(yù)測這種機(jī)制，現(xiàn)在我們真正觀察到這種機(jī)制。”
科學(xué)家們在研究中設(shè)計并使用了一種新裝置，可為多鐵性材料和高溫超導(dǎo)體等錯綜復(fù)雜材料有關(guān)的關(guān)鍵問題找到答案。該裝置即將被轉(zhuǎn)移到目前在建的第二代同步輻射光源（NSLS-II）上。NSLS-II產(chǎn)生的X射線的亮度是NSLS的1萬倍，使科學(xué)家能更清晰地研究多鐵性材料的屬性。
威爾金斯表示，從理論上來講，通過將一個有序的磁材料同一個有序的電材料耦合在一起，科學(xué)家可以研制出非常有用的設(shè)備，例如，我們可以研制出一種更快、能效更高的存儲設(shè)備，通過施加電場朝其寫入信息，通過探測其磁性狀態(tài)來閱讀信息。
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