研究發(fā)現(xiàn)：電性和磁性可共處于特殊金屬氧化物中

此前，科學家們認為，電性和磁性難以和平共處于一種材料中，它們會相互對抗。而據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)7月26日（北京時間）報道，美國和德國科學家發(fā)現(xiàn)，磁性和電性可相安無事地耦合于一種特殊的金屬—多鐵性材料中。這種多鐵性材料可廣泛應用于下一代運行速度更快、能效更高的邏輯設備、存儲器和傳感設備。相關(guān)研究發(fā)表在7月25日出版的《物理評論快報》上。

多鐵性材料指的是一種擁有南北極的磁性材料，施加電場可改變其南北極。此前，科學家們寄希望于讓多鐵性材料的原子排列或晶格變形產(chǎn)生電極化來產(chǎn)生這種耦合。現(xiàn)在，美國能源部下屬的布魯克海文國家實驗室和德國萊布尼茲固體材料研究所的科學家組成的研究團隊發(fā)現(xiàn)，電性和磁性還能以一種新方式耦合在特殊金屬氧化物中。

該團隊使用了布魯克海文國家實驗室的同步輻射光源（NSLS）發(fā)出的超亮X射線激光束來檢查由釔、鎂和氧組成的特殊金屬氧化物的電子結(jié)構(gòu)，并觀察到主要由環(huán)繞在原子周圍外部的電子云所產(chǎn)生的電性和磁性耦合。在這種材料形成化學鍵并讓原子緊緊結(jié)合在一起的過程中，鎂和氧電子的原子軌道相互混淆了。測量結(jié)果表明，該過程中材料的磁結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，導致其產(chǎn)生電極化而變得具有鐵電性。換句話說，該材料磁結(jié)構(gòu)的任何變化都會導致其電極化方向發(fā)生變化，這就使該材料成為多鐵性材料。該研究的參與者之一、布魯克海文國家實驗室的物理學家斯圖爾特·威爾金斯說：“以往，科學家只能從理論上預測這種機制，現(xiàn)在我們真正觀察到這種機制。”

科學家們在研究中設計并使用了一種新裝置，可為多鐵性材料和高溫超導體等錯綜復雜材料有關(guān)的關(guān)鍵問題找到答案。該裝置即將被轉(zhuǎn)移到目前在建的第二代同步輻射光源（NSLS-II）上。NSLS-II產(chǎn)生的X射線的亮度是NSLS的1萬倍，使科學家能更清晰地研究多鐵性材料的屬性。

威爾金斯表示，從理論上來講，通過將一個有序的磁材料同一個有序的電材料耦合在一起，科學家可以研制出非常有用的設備，例如，我們可以研制出一種更快、能效更高的存儲設備，通過施加電場朝其寫入信息，通過探測其磁性狀態(tài)來閱讀信息。