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斯坦福大学发现新材料兼具磁性和超导性

作者: 来源:数字储能网 发布时间:2011-09-08 浏览:

    科学家已经迈向一个重要里程碑,可能带来一种新材料,这种材料具有有用的电子特性。9月5日一期的《自然•物理学》报道的一项研究中,研究小组把两片非磁性绝缘体夹在一起,发现了一个惊人的结果:这两种材料相接的那层,既有磁性区域也有超导区域,这两种属性通常不能共存。


朱列•伯特是论文的第一作者,也是斯坦福大学材料与能源科学研究所的研究生,他在调整成像设备,使用这一设备,他们惊人地发现了通常无法共存的两种属性。这一发现就是伯特和他的同事们做出的。他们把两个非磁性绝缘体夹在一起,就在两种材料连接的那一层,看到磁性和超导性区域。
来源:斯坦福大学

 

    很久以来,技术人员就希望找到一种方式,在这类材料中创造磁性,这种材料称为复合氧化物,这是第一步,为的是开发一种潜在的新型计算内存,用于存储和处理。

    做出这项发现的研究人员,都来自斯坦福大学材料和能源科学研究所(SIMES:Stanford Institute for Materials and Energy Science),这是一个联合研究所,隶属于能源部斯坦福线性加速器中心(SLAC)国家加速器实验室(National Accelerator Laboratory)和美国斯坦福大学(Stanford University),这项发现开辟了“令人兴奋的可能性,可以设计新材料,并研究这些通常不相容的状态之间的相互作用,”凯瑟琳A•卡姆•茅勒(Kathryn A. "Kam" Moler)说,他是斯坦福线线加速器中心和斯坦福大学的研究员,领导成像研究。

    下一步的关键是:搞清楚这种超导性和磁性是否可以在这种材料中共存,而且具有一种不和谐的形式,或者说,这是否标志着发现了一种特异的新型超导性,它可以积极地与磁场相互作用,茅勒说。超导材料导电无电阻,具有100%的效率,通常会排斥靠近它们的任何磁场。

    “我们未来的测量会表明,它们究竟是互相对抗,还是互相支持,”茅勒说。

    麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的研究人员,在同一期的《自然•物理学》上独立地宣布,他们已经证实,存在这种磁性,就在两种材料的连接处,它们使用了一种替代测量方法。

    有一则评论附在这两篇文章之后,作者是哥伦比亚大学(Columbia University)的物理学家安德鲁J.•米利斯(Andrew J. Millis),他没有参与这项研究,评论写道,这项研究会引入一种新型材料,这种材料具有“有趣,可控,新颖,也许有益的集体电子性质(collective electronic properties)”。虽然这个目标很遥远,但是他说,新的研究结果表明,“该领域已经跨越了一个重要的里程碑。”

    斯坦福大学材料和能源科学研究所研究生朱列•伯特(Julie Bert)是论文的第一作者,她的同事所做的观察,是在镧铝(lanthanum aluminate)薄膜上进行,这种薄膜被放在钛酸锶(strontium titanate)基质上。这种结构是研究人员培育的,他们与应用物理学家哈罗德•黄(Harold Hwang)一起进行研究,哈罗德•黄与他的研究小组最近从东京大学(University of Tokyo)迁来,加入斯坦福大学材料和能源科学研究所,现在兼任副主任。这两种氧化物相接处的原子层变为金属,使电流流动没有电阻,所在温度接近绝对零度。

    研究人员正在开始实验,看看材料受压缩或施加电场时,是否有什么变化,茅勒说。现在必须做进一步的研究,她补充说,以确定有助于形成这些氧化物磁性和超导性的物理性质。

    “现代技术赋予我们惊人的能力,培育材料可以一个原子层接一个原子层地进行,”茅勒说。“我们工作的启示是,这样做,我们就可以创造一些新材料,这些新材料具有令人惊讶的新性能。”

    这项研究的部分支持来自美国能源部科学办公室。


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