实验证明交变磁性

铁磁性和反铁磁性长期以来被科学家视为两类材料的磁序。早在 2019 年，美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU) 的研究人员就提出了第三类磁性，称为交变磁性。从那时起，这种交变磁性一直是专家们激烈争论的话题，一些人对其存在表示怀疑。最近，由 JGU 教授 Hans-Joachim Elmers 领导的实验研究小组首次在 DESY(德国电子同步加速器)测量到了一种被认为是交变磁性特征的效应，从而为交变磁性的存在提供了证据。这第三种类型的磁性。该研究成果发表在《科学进展》上。

交变磁学——新的磁相

我们都知道冰箱磁铁中的铁磁体的所有磁矩都沿同一方向排列，而反铁磁体则具有交变磁矩。因此，在宏观层面上，反铁磁体的磁矩相互抵消，因此不存在外部磁场——这会导致由这种材料制成的冰箱贴从冰箱门上脱落。交流磁体中的磁矩因其定向方式而异。“交替磁体结合了铁磁体和反铁磁体的优点。它们的相邻磁矩始终彼此反平行，就像反铁磁体一样，因此不存在宏观磁效应，但同时，它们表现出自旋极化电流 - 就像铁磁体，”JGU 物理研究所磁学组组长 Hans-Joachim Elmers 教授解释道。

以均匀旋转的方式向同一方向移动

电流通常会产生磁场。然而，如果将交流磁体视为一个整体，将电子能带中所有方向的自旋极化进行积分，则很明显，尽管存在自旋极化电流，但磁场必定为零。另一方面，如果注意力仅限于那些沿特定方向移动的电子，则结论是它们必须具有均匀的自旋。“这种排列现象与空间排列或电子所在的位置无关，而只与电子速度的方向有关，”埃尔默斯补充道。由于速度 (v) 乘以质量 (M) 等于动量 (P)，因此物理学家在这种情况下使用术语“动量空间”。Jairo Sinova 教授和 Libor Šmejkal 博士领导的 JGU 理论小组过去曾预测过这种效应。

使用动量电子显微镜获得的证明

“我们的团队是第一个通过实验验证这种效果的团队，”埃尔默斯说。研究人员使用了专门改装的动量显微镜。在实验中，研究小组将一薄层二氧化钌暴露在 X 射线下。由此产生的电子激发足以使它们从二氧化钌层发射并被检测。根据速度分布，研究人员能够确定二氧化钌中电子的速度。利用圆偏振 X 射线，他们甚至能够推断出自旋方向。

对于他们的动量显微镜，研究人员改变了通常用于标准电子显微镜观察的焦平面。他们的探测器显示的不是氧化钌薄膜表面的放大图像，而是动量空间的表示。“探测器上的不同位置出现不同的动量。更简单地说，电子在层中移动的不同方向由探测器上相应的点表示，”埃尔默斯说。

交变磁性也可能与自旋电子学有关。这将涉及在动态随机存取存储器中使用电子的磁矩而不是它们的电荷。因此，存储容量可以显着增加。埃尔默斯表示：“我们的结果可能会解决自旋电子学领域的一个重大挑战。” “利用交流磁体的潜力将使读取基于电子带中自旋极化的存储信息变得更容易。”

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