物理学家揭开了铁磁体中电子奇怪行为背后的神秘面纱,这一发现最终可能有助于高温超导的发展。
罗格斯大学与人合著的一项关于这种不寻常铁磁材料的研究发表在该杂志上自然.
罗格斯大学材料理论中心是该领域的世界领导者,研究“量子相变”。相变,比如冰融化时,通常需要热量来摇动原子和融化冰晶。量子相变是由原子和电子的抖动驱动的,这种抖动是由即使在低温下也不会停止的波动引起的。
量子相变可以通过调节材料来增强量子涨落来实现,要么施加磁场,要么在温度接近绝对零度时将其暴露在强压力下。在某些量子相变中,量子涨落变得无限强烈,形成“量子临界点”。这些不寻常的物质状态之所以引起人们极大的兴趣,是因为它们有形成超导体的倾向。把它想象成一个电子干细胞,一种可以以多种方式自我转化的物质形式。
与此同时,在量子力学的怪异世界中,“纠缠”允许某物同时处于两种不同的状态或位置。奥地利物理学家Erwin Schrödinger著名的思想实验是纠缠的一个例子,其中一只猫同时是死的和活的。
在电子穿过的材料内部,纠缠通常涉及电子的自旋,可以同时向上和向下。通常,在量子材料中,只有彼此靠近的电子才会纠缠在一起,但在量子临界点上,纠缠模式会突然改变,在材料中扩散并改变它。电子,即使是距离较远的电子,也会纠缠在一起。
铁磁体是一个不太可能研究量子纠缠的环境,因为通过它们的电子沿着一个方向排列,而不是上下旋转。但物理学家发现,“Cerge”(CeRh6Ge4)中的铁磁性必须与上下旋转并相互连接的电子有大量的纠缠。这在铁磁体中从未见过。
“我们相信我们的工作,将纠缠与奇怪的金属和铁磁体联系起来,为我们理解在室温下工作的超导体提供了重要的线索,”共同作者皮尔斯科尔曼说,他是罗格斯大学新不伦瑞克艺术与科学学院物理与天文系的教授。爱博网站“当我们学会理解自然如何控制物质的纠缠时,我们希望我们能发展出控制量子计算机内部量子纠缠的技能,并设计和开发对技术有用的新型量子物质。”
罗格斯大学的科学家们利用他们的一些发现,为大约10年前发现的铁基超导体家族提出了一种新的理论。“如果我们是对的,这些系统,就像铁磁体一样,是由喜欢排列电子的力驱动的,”科尔曼说。
罗格斯大学博士后助理雅沙尔·科米贾尼(Yashar Komijani)是三位共同主要作者之一。中国浙江大学、德国马克斯普朗克固体化学物理研究所和中国南京大学的科学家参与了这项研究。
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