銅、金、鋁等常見非磁性金屬內(nèi)部微弱的磁信號(hào)，百年來始終未能被科學(xué)儀器破譯。發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志的一項(xiàng)最新研究稱，來自以色列希伯來大學(xué)、美國賓夕法尼亞州立大學(xué)和英國曼徹斯特大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，借助創(chuàng)新激光技術(shù)，首次捕獲到這些金屬的磁信號(hào)，揭開了其隱藏的電子行為之謎。
研究團(tuán)隊(duì)表示，最新發(fā)現(xiàn)將一個(gè)困擾科學(xué)界近150年的難題變?yōu)樾聶C(jī)遇，不僅將徹底革新磁性研究方式——無需再依賴笨重儀器或復(fù)雜線路，還有望推動(dòng)智能手機(jī)、能源存儲(chǔ)到量子計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)飛躍。
百年前，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)電流在磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)（霍爾效應(yīng)）。這種現(xiàn)象在鐵等磁性材料中表現(xiàn)顯著且易于觀測(cè)，但在普通非磁性金屬中卻極其微弱。理論上，與之相關(guān)的光學(xué)霍爾效應(yīng)能幫助科學(xué)家觀測(cè)光磁相互作用下的電子行為。然而，在可見光波段，這種效應(yīng)微弱得如同在搖滾音樂會(huì)現(xiàn)場(chǎng)捕捉一根針落地的聲音。科學(xué)界明知其存在，卻沒有足夠靈敏的設(shè)備將其捕獲。
為攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)改良了傳統(tǒng)的磁光克爾效應(yīng)技術(shù)。該技術(shù)使用激光來測(cè)量磁性如何改變光的反射。他們采用440納米藍(lán)色激光配合強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)制，將檢測(cè)靈敏度提升到前所未有的高度，從而捕獲到銅、金、鋁、鉭和鉑等非磁性金屬的磁性“回聲”。
結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中那些曾被當(dāng)作背景噪聲的信號(hào)，實(shí)則與電子自旋軌道耦合這一量子特性密切相關(guān)。這種將電子運(yùn)動(dòng)與其自旋關(guān)聯(lián)的量子現(xiàn)象，影響著磁能在材料中的耗散方式。這些新發(fā)現(xiàn)對(duì)磁存儲(chǔ)器、自旋電子器件乃至量子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都具有革命性意義。
銅、金、鋁等常見非磁性金屬內(nèi)部微弱的磁信號(hào)，百年來始終未能被科學(xué)儀器破譯。發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志的一項(xiàng)最新研究稱，來自以色列希伯來大學(xué)、美國賓夕法尼亞州立大學(xué)和英國曼徹斯特大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，借助創(chuàng)新激光技術(shù)，首次捕獲到這些金屬的磁信號(hào)，揭開了其隱藏的電子行為之謎。
研究團(tuán)隊(duì)表示，最新發(fā)現(xiàn)將一個(gè)困擾科學(xué)界近150年的難題變?yōu)樾聶C(jī)遇，不僅將徹底革新磁性研究方式——無需再依賴笨重儀器或復(fù)雜線路，還有望推動(dòng)智能手機(jī)、能源存儲(chǔ)到量子計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)飛躍。
百年前，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)電流在磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)（霍爾效應(yīng)）。這種現(xiàn)象在鐵等磁性材料中表現(xiàn)顯著且易于觀測(cè)，但在普通非磁性金屬中卻極其微弱。理論上，與之相關(guān)的光學(xué)霍爾效應(yīng)能幫助科學(xué)家觀測(cè)光磁相互作用下的電子行為。然而，在可見光波段，這種效應(yīng)微弱得如同在搖滾音樂會(huì)現(xiàn)場(chǎng)捕捉一根針落地的聲音?？茖W(xué)界明知其存在，卻沒有足夠靈敏的設(shè)備將其捕獲。
為攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)改良了傳統(tǒng)的磁光克爾效應(yīng)技術(shù)。該技術(shù)使用激光來測(cè)量磁性如何改變光的反射。他們采用440納米藍(lán)色激光配合強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)制，將檢測(cè)靈敏度提升到前所未有的高度，從而捕獲到銅、金、鋁、鉭和鉑等非磁性金屬的磁性“回聲”。
結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中那些曾被當(dāng)作背景噪聲的信號(hào)，實(shí)則與電子自旋軌道耦合這一量子特性密切相關(guān)。這種將電子運(yùn)動(dòng)與其自旋關(guān)聯(lián)的量子現(xiàn)象，影響著磁能在材料中的耗散方式。這些新發(fā)現(xiàn)對(duì)磁存儲(chǔ)器、自旋電子器件乃至量子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都具有革命性意義。
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