科学家发现纯钕金属存在自感旋转玻璃态

摘要:

尽管大多数人已经了解物质的四种经典状态(固、液、气、等离子体),但荷兰拉德堡德大学和瑞典乌普萨拉大学的物理学家们,已经发现了一种新的物质形态 ——“自感旋转玻璃态”(self-induced spin glass)。当材料原子中的电子都朝相同方向旋转时,通常会产生磁性。但在自旋玻璃态下,原子磁体是沿着随机方向无序旋转的。

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研究配图 - 1:普通磁铁与自旋玻璃态的区别(来自:Radboud University

此前科学家们仅在某些合金中发现了“旋转玻璃态”,但新研究发现这种状态也自然存在于纯钕(neodymium)金属中。为将之与合金区分开来,科学家将这种新状态称作“自感旋转玻璃态”。

鉴于钕因具有奇特的磁性而被人们所熟知,研究团队决定使用扫描隧道显微镜(STM)对其进行检查。

结果发现钕涡旋中的原子自旋更像是一个螺旋、甚至怪异到以不同的速度旋转,意味着螺旋的形状是不断变化的。

论文作者 Daniel Wegner 表示,STM 使我们能够看到单个原子结构,并且分辨出它的两极。

尽管并不是一件容易的事情,但随着高精成像技术的进步,针对纯钕自感旋转玻璃态的深入研究,或许仍然有助于解决磁性结构中难以难以置信的微小变化。

研究配图 - 2:Spin-Q glass(来自:Science)

研究团队补充道,这项发现暗示纯钕可能不是唯一具有自感旋转玻璃态的物质,同样的形态也可能隐藏在其它元素中。

至于新发现的潜在用途,研究人员认为可在未来人工智能系统、尤其是类似神经元的行为研究领域提供帮助。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《科学》(Science)期刊上。

原标题为《Self-induced spin glass state in elemental and crystalline neodymium》。

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