日本產官學合作開發高速讀寫能力之MRAM

磁力的時代

著名理論物理學家加來道雄（Michio Kaku）曾在《2100 科技大未來》一書中提到：

不遠的未來將是「磁力的時代」。上世紀可以被視為「電力的時代」，從電子的發現以及量子力學的發展開始，人們意識到電子相當容易操縱，這也造就了收音機、電視、電腦、智慧型手機等各類電子產品的誕生。

但在不遠的將來，諸如「室溫超導體」的開發與普及很可能在硬體建設上帶來革命性的變化。超導體 （supercondunctor）意味著某些導體在極低溫（比如接近絕對零度，-273.15℃）下，電阻將消失，而沒有阻力也意味著沒有電力的損耗。傳統銅線中，電子的流動與管壁原子的摩擦力將造成能量的消耗；而超導銅線巧妙地規避了這個問題，因為在極低溫環境下，原子將凝滯不動，電子也就能相當「通暢」地行經管線，線路壽命和產電效率也就能大幅躍升。但要實現極低溫的環境並非易事，因而近年來科學家正在嘗試開發室溫環境下的超導體，這意味著超導線圈能在日常生活中普及。

且由於超導本身的抗磁性（diamagnetism），比磁浮列車更酷炫的「懸浮」類型交通工具將成為常態，且由於不再有電能、摩擦力的損耗，你可以想像未來一旦超導磁浮列車與軌道網絡成功開發，只要輕輕一推，便能將一輛列車從台北車站高效地駛向墾丁、甚至車程用不上一小時。

電生磁、磁生電？

學習過中學物理的都知道，電與磁之間的作用是密不可分的；目前為止，大部分電子產品也都與「電流磁效應」（即安培定律，Ampère’s law）或「電磁感應」（即法拉第電磁感應定律，Faraday’s law of electromagnetic induction）有著密切關聯。

比如搭乘捷運或者公車時，「悠遊卡」內部的線圈就運用了電磁感應的原理，產生的電流將資訊傳輸至讀卡機；「電風扇」的馬達則透過電流磁效應將電力轉為磁力、再轉為機械能帶動扇葉；「麥克風」運用的則是透過聲波振動磁場、藉由電磁感應產生電流、再透過電流磁效應傳遞到揚聲器。由此可知，工業革命與量子力學的發展將我們帶到了「電力的時代」，而磁力似乎一直是電力的副產物。

而電腦硬碟也是如此，磁碟由磁性材料組成，需要用到線圈產生磁場、改變磁性材料的磁場方向；而透過讀寫頭可以感測、改變磁性材料的磁極，從而達成資料的讀寫。和上一段例子稍微不一樣的點在於：硬碟、磁碟的原理和材料「本身的」磁性有關，而非純粹基於電與磁之間的作用。雖然硬碟透過磁場的改變而達到讀寫資料的目的，但這是相當耗能、耗時的；相比之下，電能對我們而言容易操控得多。如果我們能開發出一種僅僅用「電場」就能改變記憶本身的磁性，那麼，這將在資訊儲存的領域造成革命性的進展。這就進一步帶入這次的主題——「磁電效應」(magnetoelectric effect, ME)。

磁電效應的產生機制

不同於宏觀的電磁效應，「磁電效應」通常與物質本身的微觀結構有關。磁電效應的機制取決於晶體本身的對稱性 （symmetry），舉例來說，線性磁電效應的產生必須滿足時間反演對稱性 （time-reversal symmetry）被打破的條件。首先，時間反演對稱性聽起來有些奇妙，但它的概念相當直白：物體在順著時間流以及倒轉的畫面是相同且無法區辨的；數學上來說，代入 t → -t，如果得出的結果依然是一樣的就說明了系統是具有時間反演對稱性的。

電流的磁效應就是一個反例：設想一個電路迴圈，逆時針的電流產生出向上的磁場（右手定則）。現在讓我們「倒帶」這段影像：你會發現磁場先消失、電流再變成順時針環繞；然而，順時針的電流「理應」產生向下的磁場，但在倒帶的影像中並非如此——這便是時間反演對稱性的打破。

凝態物理中最常見的例子之一就是鐵磁體 （ferromagnet）：想像一塊純鐵，在施加磁場後，其內分子的磁矩方向會順著磁場方向排列一致，也就是被「磁化」；然而，如果將畫面倒轉，會發現磁矩方向回歸不規律、接著磁場消失，但在物理上，你無法透過「去磁化」而關閉磁場；反之，即使關閉了磁場、磁化也依舊不因此而消失。換言之，鐵磁體打破了時間反演對稱性。

而磁電效應的產生通常要求磁性同時打破時間反演對稱性與鏡像對稱性 (mirror symmetry)，也就是在鏡中世界的物理必須符合邏輯。在某些情況下（比如螺旋擺線形的指向），磁性會打破鏡像對稱性，造成了電極化（施加電場後，電介質內部的正負電荷會朝特定方向排列）。

這些看似尋常的對稱性往往是物理現象背後的推手，在數十年來場論的發展中，物理學家逐一發現：當我們從一些物理現象（比如電與磁）抽絲剝繭，會發現背後是繁複的數學方程式，而彼此之間蘊藏著不少「對稱性」聯繫著；從微觀以及數學的角度來說，正是因為某些對稱性的破缺，導致了一些物理現象的產生——磁電效應便是如此。

在統計力學與量子場論中，描述系統能量性質的哈密頓量（Hamiltonian）取決於格點（lattices），對於磁力而言，若我們改變了格點的形態，磁能也可能會降低，在這過程中，電極化便可能因此產生；而像這樣微觀層面上造成電與磁的「耦合」（coupling，通俗的說法就是交互作用），便是「磁電效應」的根源。

因此，我們可以這樣概括：

磁電效應的產生肇始於微觀尺度下的對稱性破缺，因此，磁電效應並非無所不在，通常僅出現於擁有特定對稱性的晶體。

舉例而言，三氧化二鉻（Cr₂O₃）就是最早一批被證實有磁電效應存在的晶體。

單分子磁體 — — 量子產業的結合

在近年來的研究中，單分子磁體（single-molecule magents，SMM）的發現掀起了不少科學家競相研究。顧名思義，單分子磁體指的是帶有特定「磁性」的「分子」；更精確的說，是指擁有「超順磁性」（superparamagnetism）的分子結構，意味著在特定溫度下，一些具有磁性的顆粒將不易受外界磁場影響，以至於磁化性質近似於順磁體。當然，並不是所有分子化合物都可以作為單分子磁體，一般來說，它們通常都是含有「金屬」原子的「有機化合物」，例如最早被發現的 [Mn₁₂O₁₂(OAc)₁₆(H₂O)₄]（簡稱Mn₁₂）。

由於單分子磁體扮演著類似於「奈米磁鐵」的角色，微小且具有磁性的特質，使它們可以被應用於磁鐵儲存體元件、或者量子位元 (qubits) ——相信不少人對於近年來相當熱門的「量子電腦」並不陌生，而作為這種電腦運算的基礎，單分子磁體本身的自旋性質以及磁存儲優勢，很可能改善現有的記憶容量，從而成為量子位元的候選者。

那麼，單分子磁體和磁電效應搭得上關聯嗎？筆者在 2023 年曾參與一項由美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室 （Los Alamos National Laboratory）資助的研究計畫，其中便包含了對於單分子磁體「磁電效應」的研究，研究指出某些單分子磁體（比如 [Fe₃O(O₂CPh)₆(py)₃]ClO₄.py，簡稱 Fe₃ 聚合物）在特定溫度條件下可以產生磁電效應，我們可以透過建造穿隧二極振蕩器（tunnel-diode oscillator，TDO）等方式來探測磁化率 (magnetic susceptibility)，從而偵測磁電效應。值得注意的是，這項實驗也指出一項優勢：我們將能透過改變電場來實現磁電效應，而非像傳統硬碟技術那樣透過磁場改變電場特性。

磁電效應的未來與展望

磁電效應在近年來逐漸掀起學術界的研究熱潮，同時也陸續獲得業界的矚目。其中一個最有可能實現的願景，便是磁存儲技術的改善，因為我們將不用藉由磁碟上面的磁性材料與磁場來控制資料的存儲與讀寫；相比之下，電場比磁場容易操控些，磁電效應提供了一個新方案，只需透過一些特殊磁性物質（比如具有特定對稱性的晶體）、便能藉由電場改變晶體特性（諸如磁矩等等）。而對於晶體的候選者，單分子磁體具有相當的潛力，因為這類型的晶體很有可能延伸到量子位元的建構，從而在記憶存儲與量子電腦的同步開發下，帶動未來量子產業的發展。

21 世紀，更多前沿的技術不斷開展，無論是室溫超導等凝態物理的研究、或者是磁電效應與量子產業的結合，都向人們宣示著磁力時代的來臨。

• 加來道雄（2019）。2100 科技大未來：從現在到 2100 年，科技將如何改變我們的生活。時報出版
• M. Lewkowitz, J. Adams, N. S. Sullivan, Ping Wang, M. Shatruk, V. Zapf, and Ali Sirusi Arvij. (2023). Direct observation of electric field-induced magnetism in a molecular magnet. DOI: 10.1038/s41598–023–29840–1
• G. Christou, D. Gatteschi, D. N. Hendrickson, and R. Sessoli. Single-Molecule Magnets. (2000). DOI: https://doi.org/10.1557/mrs2000.226

• 文／陳明堂，中央研究院天文所及天文物理研究所研究員，兼天文所夏威夷運轉副所長。

去 (2019) 年，臺灣黑洞團隊與事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope, EHT) 公布第一張黑洞照片。一年後，他們雖然沒有呈現新的黑洞照片，卻推出一張所未見的黑洞噴流影像。黑洞噴流如同兩隻金魚的發光體，起初讓研究團隊摸不著頭緒。所幸 EHT 強大的解析能力逐漸解開噴流的真面目，原來圖片左上的影像是噴流的源頭，右下則是逐步遠離的噴流。此外，這把宇宙等級的噴火槍其實是耀變體，在觀測中展現出許多令人驚奇的特性。

宇宙級的噴火槍：3C 279

在去年公布的首張黑洞影像後，事件視界望遠鏡團隊今 (2020) 年又再次發表另一張超高解析度的影像（下圖）。這次的目標是一個叫做 3C 279 的星體，影像呈現出一對橢圓狀的發光體。這兩個光體的位置左上右下，似乎處在一種隨遇而安的狀態。與去年發表的黑洞甜甜圈不同，反而像在一潭黝黑的池水中，偶爾浮上水面的兩條金魚。

3C 279 是一個類星體（quasar，下圖），位在室女座（Virgo Constellation，又稱處女座）附近，靠近春季大三角 (Spring Triangle) 的角宿一 (Spica)。

雖然肉眼看不見 3C 279，但是從過去的觀測，天文學家知道它是銀河系外頭的另一個星系。它發出的訊號，從低能量的無線電波、紅外線到可見光、紫外線延伸至高能量的 X 光，應有盡有；甚至也會發出強烈的超高能量的射線。

與去年的 M87* 黑洞相比，為什麼這次的影像中沒有看到甜甜圈呢？

因為 3C 279 距離地球太遠了，相比之下，去年拍到 M87* 離地球「僅僅」5500 萬光年，而 3C 279 則幾乎是 100 倍遠的距離。不僅如此，根據天文學家的估計，3C 279 中心黑洞的大小還不到 M87* 的五分之一。由於又小又遠，因此以目前 EHT 的影像解析能力，還無法完全看到 3C 279的黑洞，所以在此影像中才看不到任何的甜甜圈。

黑洞物理參數的比較

看不見甜甜圈沒關係，EHT 還是有辦法解析！

雖然看不到黑洞，但是天文學家可以利用 EHT 的超級解析能力來研究黑洞外圍的物理現象。

當環繞黑洞的星際物質從吸積盤掉進黑洞時，並非所有物質都會進入黑洞之中。其中一部份的物質會以電漿能量包的形式，以極高的速度從黑洞的兩個極點朝外噴出，物質噴出的速度趨近光速，這就是所謂的噴流。目前科學家還不了解噴流的確切成因，但是一般認為是吸積盤與黑洞周遭的磁力場所造成，這也是 EHT  的科學家研究 3C 279 的主要動機。

人們對黑洞的了解是建立在愛因斯坦的廣義相對論。黑洞是經由重力塌縮 (gravitational collapse) 後形成的星體，它具有質量、自轉和事件視界 (event horizon)。根據理論，任何發生在事件視界裡面的資訊都無法傳遞到外面，所以對外界的觀察者而言，黑洞的物理性質來自於事件視界之外的空間，因此事件視界代表黑洞的視覺大小。

2017 年 4 月的觀測期間，EHT 除了使用參與團隊的天文台之外，還另外動用其它兩組望遠鏡陣列，總共三組陣列透過不同的電波波長擷取 3C 279 的影像。其中，長波段的影像（超長基線陣列 VLBA 波長 7 mm）擷取到 3C 279 大範圍的相貌，影像明顯顯示左上角黑洞所在的熱點及從熱點衝往右下方向的噴流；中波段的影像（全球毫米波特長基線陣列 GMVA 波長 3 mm）把目光聚焦在靠近黑洞和噴流的起始點，期望從影像中能透露出關於噴流起源的訊息。但結果卻不盡人意，此波段呈現出來的影像幾乎是長波長的翻版，導致很難從結果中分辨出熱點和噴流之間的差別。

要看得更仔細， EHT 使用 8 座次毫米波電波觀測站同時朝熱點觀看，能提供更細微的影像解析能力（波長 1.3 mm），所得到的影像與中、長波段的結果相比，的確有出乎意料的發現。EHT 的影像出現左上與右下兩個獨立的部份，經由影像分析，EHT 團隊科學家認為右下部份訊號的移動方向與速度，和中、長波長影像中的噴流類似，因此他們認為右下部分的光影是大尺度噴流的一部份。此結論比較是可以預期，而沒有太多的爭論。可是該如何解釋位於左上的訊號就不是那麼容易了。

猶如宇宙噴火槍的耀變體

說到這裡，如果讀者對類星體有些認識，可能會猜測左上的光影應該是黑洞吸積盤發出的能量，黑洞就躲在巨大的吸積盤中間；而右下部份的狹長光影就是黑洞的噴流結構。噴流與吸積盤呈現接近 90 度的相對位置，此猜想符合天文學家想像中的類星體（下圖），可是問題卻沒有那麼簡單。

3C 279 是類星體中的特殊例子，特別的地方在於它的噴流方向非常接近觀測的視線。如果把噴流當作是一把宇宙噴火槍的火焰，那麼在地球上觀看 3C 279 的方向幾乎是往火槍的噴嘴裡頭看進去，高能量的噴流就只對著地球上的觀測者打出來。由於都卜勒效應 (Doppler effect) 的關係，此噴流看起來會特別亮，因此天文學家給這類型的類星體一個特殊的名字：耀變體（blazar，或稱耀星體）。

令人匪夷所思的觀測結果

換句話說，從地球的角度觀測，3C 279 除了具有一個非常強烈的中心訊號源外，天文家認為應該可以看到整個吸積盤才對，並認為從此角度觀測，吸積盤應該是接近圓形。但是在 EHT 的影像中，左上的光體卻是個狹長的橢圓形，該如何解釋異形怪狀的吸積盤，對理論學家是一大挑戰。

有一種解釋說法認為，左上與右下的光影其實是一樣的，都是噴流的高能量聚集的電漿能量包。二者不同之處在於，左上的能量包非常接近黑洞的噴嘴，並以更對準觀測者視線的角度而來，當然此角度並不完美，因此高能噴流的還是會在觀測的視線中投射出一個狹長的橢圓光影。雖然可以合理解釋觀察到的左上光影，但又該如何解釋左上與右下的能包移動的方向似乎不一樣？難道噴流會改變它的方向？

關於這一點，天文學家從其它類星體的觀測經驗，知道由於吸積盤附近的強大磁場作用，噴流的確有可能改變方向。在類星體中心的磁場作用下，噴流的路徑可能比上下 360 度翻滾的雲霄飛車還複雜，因而造成 EHT 觀測到的奇怪影像，所以目前 EHT 的團隊相信這是一個比較合理的解釋。

觀測「超光速」移動的噴流？

這次 EHT 共花了4 天的時間觀測 3C 279，而每天都會產生一組非常類似的影像，經過仔細檢查，EHT 的團隊發現影像中的兩個光體的距離每天都有些不同。事實上，兩個光體正在分開中。此觀察符合前一段的論證：左上的光影代表噴流的源頭，右下是正在離開的噴流。

有了 EHT 望遠鏡的超級解析度，天文學家可估計噴流的移動速度。EHT 的團隊發現右下的能量正以超過 10 倍光速的速度離開噴流的源頭位置。讀者可能會納悶，超光速運動是有可能的嗎？

其實天文學家在半世紀前就已經知道，類似耀星體所發出來的噴流「看起來」會有超光速現象 (superluminal motion)。如此奇怪的現象是因為高能量的噴流速度接近光速，但是由於觀測角度的關係，從遠方看起來噴流的速度超過光速。此現象其實可以用相對論解釋，所以看起來超光速並不代表真正超越光速。

宇宙的更多故事等著被挖掘

53 億年前，那時太陽系正在慢慢成形，地球根本還沒存在。然而，隨著科學的進展，一個發生在距離地球 53 億光年外的物理現象，竟然被天文學家看到了！

此次 EHT 發布的影像雖然沒有如同去年 M87* 黑洞的影像引起一陣轟動，然而 3C 279 的影像透露出來的新資訊，似乎讓天文學家產生更多的問題與好奇。這就是科學發展，隨著 EHT 突破性的觀測儀器發展，人們將會看到許多前所未見的現象，並引導好奇的科學家們，更進一步了解所處在的宇宙。

2017 年參與 EHT 的八座望遠鏡中，臺灣參與建造或運作的一共有三座，包含夏威夷的次毫米波陣列 (SMA)、詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡 (JCMT) 和智利的阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列 (ALMA)，再加上貢獻運作經費與觀測人力，讓臺灣團隊占有顯著的地位，這也是總共 13 席的 EHT 董事成員，臺灣中研院就占兩席的原因。

臺灣團隊一手主導的格陵蘭望遠鏡，直到 2018 年才加入 EHT，並參與 3C 279 的觀測。目前的觀測資料正在處理中，EHT 團隊期待格陵蘭望遠鏡的加入，能夠揭露更多噴流結構的細節，能讓天文學破解出黑洞周遭的祕密。如此的結果將會大大的提升臺灣天文學家在黑洞研究的地位，也讓臺灣獨特的貢獻受到世人的重視。

延伸閱讀

• Jae-Young Kim et al., Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution, Astronomy & Astrophysics, 2020.

本文轉載自《科學月刊》 宇宙中的噴火槍—黑洞噴流影像現蹤跡

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

對人類而言，磁場是很虛幻的東西，我們感受不到，平常可能也用不到。但是世界上有很多動物擁有不同於人類的感官，可以利用磁場來討生活，這些生物的感磁能力一直是很多科學家研究的對象。藉由研究各種不同感應磁場的方法，我們除了可以更認識動物之外，還能改良人類的感測器技術。

其中昆蟲也是受磁場影響不小的物種，今天要介紹的實驗，科學家偏偏挑了其中一種大家最避之唯恐不及的昆蟲：蟑螂。

今年搞笑諾貝爾生物學獎由一支多國組成的團隊獲得，他們發現：死蟑螂跟活蟑螂被磁化後的消磁速度會不一樣喔～

先講結論：死蟑螂消磁得很慢，能夠在磁化之後繼續吸在冰箱上～

領獎演說：「我們發現了：死掉的蟑螂比活蟑螂能夠維持磁化狀態更久，各位請看！！！」

為什麼挑蟑螂？帥氣的金龜子不好嗎？

在所有擁有磁感能力的動物中，昆蟲就是一個大宗，例如螞蟻、蜜蜂、果蠅……等，就具有類似感應磁場能力來偵測周遭或定位自己，甚至連昆蟲的屍體都能可能會有特殊的磁性現象。而屬於昆蟲的蟑螂，物理學界在之前的一些的實驗中，甚至發現牠們可以每 10 分鐘校準一次地磁的變化。所以這群科學家們（得獎團隊成員包括：南洋理工大學 Ling-Jun Kong ，新加坡大學 Herbert Crepaz、Rainer Dumke 和 Tomasz Paterek，澳洲蒙納許大學 Agnieszka Górecka， 英國格但斯克大學 Aleksandra Urbanek）開始好奇：蟑螂體內的磁性物質到底有什麼特殊的運作方法呢？這裡需要開發出一種測量蟑螂體內磁性並量化的全新方法。

首先～最重要的是準備這次實驗的主角。

實驗的事前準備，科學家們先把活生生的公母蟑螂各一隻保存在透明的昆蟲箱裡，裡面有足夠牠們生活的水和食物（貓飼料）以及日夜燈光調控，再置放在攝氏 4 °C 的環境中讓牠們逐漸失去活性，直到蟑螂進入休眠狀態，我們的「活」蟑螂實驗體就完成了。

另一方面，這次實驗所使用的死蟑螂是使用非常人道的氮氣窒息法殺死的，死亡後甚至還有幫牠超音波沖澡，確認沒有外來的物質影響，所有的磁性反應都是蟑螂內部產生的。然後保存在 4°C 的環境中確保不會腐敗，一定死超過兩天之後才加入實驗的行列。

掛蟑螂賣實驗器材，重點其實是……

而為了準確的測出活蟑螂和死蟑螂之間的磁場差別，團隊需要開發出一種對生物無入侵性的測量方法。

這實驗使用銫原子為基礎的感測器，來測量被磁化蟑螂身上的磁場。這種感應器靠的是磁滯性來判斷磁場的強度，當你想要測量的磁性物質在生物體內、不能用侵入式方法的時候，就可以使用這個技巧。

這些死蟑螂和動彈不得的活蟑螂以塑膠袋封包，被放置在兩個 N52 級釹永久磁鐵板中間進行磁化。我們從750G 開始，依遲滯現象循環進行，這兩個磁鐵產生的磁場在蟑螂的位置上最高可達 3 kG，最大最小值值相差15%，整個過程持續 10 分鐘。

磁化 20 分鐘後，蟑螂會被轉移到這次的實驗儀器：銫原子光學磁強計內，如下圖所示：

整個實驗裝置基本上就是 GT偏光片(Glan-Thomson polariser)、石蠟包覆以阻隔背景磁場的銫氣體膠囊（銫這個元素在室溫是液體喔）加上蟑螂，再搭上後面的平衡光電感測器。當偏振光經過儀器內的蟑螂身邊時，遇到磁場會發生極化旋轉 (polarization-rotation) 的現象，這時後方的稜鏡 (Wollaston prism) 和平衡光電感測器就能夠知道銫氣體的磁場改變。在 10 個小時的實驗內，每 20 秒移動一次蟑螂的位置，來產生不同的實驗結果來記錄。

最後科學家們發現活蟑螂被磁化後的半衰期為 50 ± 28 分鐘；而死蟑螂消磁的時間則長了將近 50 倍，半衰期為 47 ± 29小時。

死活蟑螂體內的磁性作用大不同

注意！這裡的時間單位是分鐘 vs 小時喔！死活蟑螂磁性持續的時間這裡可是差了 50 倍左右。科學家們覺得可以用磁性物質在不同黏度流體中的布朗運動來解釋。

下圖是蟑螂體內磁場之於時間變化的實驗結果，黑點代表活蟑螂、藍方塊代表死蟑螂，團隊總共進行了 15 次的實驗，8 次在活蟑螂、7 次在死蟑螂身上，實驗長達 10 小時，另外還有 10 幾次比較短的實驗（2~5小時）來做確認，紅線則是每個實驗結果的回歸線，實線是活蟑螂、虛線是死蟑螂。

以下三組圖表分別代表實驗所得磁化蟑螂消磁的數據，可以發現在剛磁化完之後，活體的殘留磁場可能更高、相近或是更低都有可能，但是之後活蟑螂的磁場數值都快速下滑。三組實驗數據的呈現，活蟑螂半衰期分別為 25、71、30 分鐘；而死蟑螂則是 82.6、36.3、24 小時，平均之後得到就是實驗結果半衰期為 50 ± 28 分鐘 VS 47 ± 29小時。

那麼到底為什麼死蟑螂可以撐比較久呢？

對於活蟑螂與死蟑螂消磁速度的巨大差距，團隊提出了兩個解釋方向：蟑螂體內原本就有的亞微米 (sub-micron) 磁性顆粒 (magnetic deposits) 作祟；或者是死/活蟑螂體液有不同的黏滯性，造成其體內磁性物質布朗運動 (Brownian rotations) 有差別。

前者首先被科學家踢掉，因為這類的物質在其他研究發現需要數小時的時間才有辦法逐漸跟地磁校準，但是整個實驗磁化蟑螂只維持了 10 分鐘，應該不足以使其對實驗有影響，所以科學家們先試著從布朗運動來解釋。

為了更了解死活蟑螂內的磁場來源，科學家們另外針對蟑螂體內磁性物質的遲滯現象做了一段簡短的實驗，來驗證布朗運動是否與實驗結果有關係。這個實驗只在 1 隻蟑螂身上執行，觸發了之後針對蟑螂體內硫化鐵類物質產生的磁場進行討論，如下圖。

因為不管是死的還是活的蟑螂，體積都不曾改變，根據球形物質的布朗運動公式，我們可以知道死蟑螂活蟑螂的磁場衰退時間 (τ) 與體液黏滯性 (η) 的比例應該都會是相同的 （也就是 τ死/τ活 = η死/η活），也就是說死蟑螂為什麼消磁的很慢，理論上可能是因為他體內的黏滯性變的更高了。

布朗運動公式： $$\tau =\frac{3V\eta }{k_B T}$$

事實上，在經過驗屍之後，也的確發現死蟑螂體內的黏滯性更高。主要是因為死蟑螂體內的細胞逐漸脫水，造成蟑螂細胞骨架的體積百分濃度逐漸增加，所以黏滯性也間接升高，造成死蟑螂不容易消磁。

以上~~就是這次搞笑諾貝爾獎生物學獎的大概內容，一群科學家們挑了一個大家最不想認識的動物做了一次徹頭徹尾、生死相交的電磁學實驗，為了找出一種不用侵入本體就能找出磁場變化的方法。另外我們也對於生與死動物細胞內的現象差異有了更進一步的了解。或許未來的某一天，這種技術能夠幫助我們更仔細的找到各種不同生物細胞間的差異、甚至是人腦喔~

喔！！我們也多了一種全新造型的的冰箱磁鐵，讓你晚上去冰箱找食物時嚇出一身冷汗～

資料來源

• Kong, L. J., Crepaz, H., Górecka, A., Urbanek, A., Dumke, R., & Paterek, T. (2018). In-vivo biomagnetic characterisation of the American cockroach. Scientific reports, 8(1), 5140.