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物理學家發現「磁環效應」

2011/09/28 | | 標籤:

多年來,科學家已知有關電磁效應的事,其中,電場能誘發並控制磁場,反之亦然。在此效應中,電場總是均勻的(homogeneous)。現在,科學家發現,捲曲的(curled)電場也能用來控制磁場,構成一種他們稱之為「磁環效應(magnetotoroidic effect)」的新奇現象。

“在一均勻電場中,電場在各處都是一種常數,那因二塊金屬電容板上相反的靜電荷而產生," Arkansas 大學的 Wei Ren 表示。"在另一方面,根據 Maxwell-Faraday 方程式,隨時間變化的磁場也能誘發一電場,那具有捲曲的形狀。然而,這樣的捲曲在均勻電場中為零。"

在他們的研究中,Ren 與共同作者 L. Bellaiche(也來自 Arkansas 大學),已完成原子模擬,證實了這種新效應的存在,那先前曾在理論中被預測過。他們的結果發表在最近一期的 Physical Review Letters 上。

在他們的模擬中,研究者施加一捲曲電場到氧化鐵鉍(bismuth iron oxide,BFO,那具有磁性)製成的奈米點上。他們發現,藉由調整量化捲曲電場之向量的大小與方向,他們能控制奈米點磁化的程度與方向。

該模擬亦揭露,此效應源於三種不同成份間的交互作用:磁偶極(magnetic dipoles)、電渦流(electric vortices)以及(來自 BFO)的氧八面體傾斜(oxygen octahedral tilts)。當使用捲曲電場來控制奈米點的磁化時,研究者發現,該過程涉及某些奇特的中間態。例如,其中一種狀態的組成是:成對電渦流與單一反渦流共存。

“我們有某些發現相當驚人且在意料之外," Ren 說。"在鐵電材料中,渦流對與反渦流的共存,前所未聞,不過那現在是鐵磁性研究領域中一種超級有趣的狀態。"

此一對磁環效應的理解,能使科學家利用電場對磁性做更好的控制,那可能具有各種實際應用。在他們的論文中,科學家提到開發具空前儲存密度之新記憶裝置的可能性。

“MT 效應在磁序的場誘發控制(field-induced controlling of magnetic orders)、鐵電渦流的切換,以及氧八面體傾斜的調控中也許能找到許多應用," Ren 表示。"更重要的是,多虧奈米科學與工程(nanoscience and engineering)的迅速發展,此效應可將蓬勃發展的電磁研究導向某些新的領域。"

資料來源:PHYSORG: Physicists discover ‘magnetotoroidic effect’ [September 26, 2011]

轉載自 only-perception

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