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路易·奈耳誕辰|科學史上的今天:11/22

人類在兩千多年前就已經發現磁石與磁性,並用來做為指南針。像天然磁石或人造磁鐵這種不需外力就永久保有磁性的磁鐵稱為永久磁鐵,其磁性叫鐵磁性,因為各種磁鐵材料中,以鐵最廣為人知。

路易·奈耳。圖片來源:thefamouspeople

但有些材料,像鋁、鉑、氧,雖然看似沒有磁性,但會受到外部磁場的影響,產生與外部磁場同方向的磁性,就稱為順磁性;而銅、金、碳等物質卻剛好相反,會產生與外部磁場反方向的磁性,因此稱為反磁性。

長久以來,磁性不外乎就是鐵磁性、順磁性與反磁性這三種,然而 1932年,法國一位物理博士生竟然在他的博士論文中主張還有第四種磁性──反鐵磁性。

奈耳提出一種由兩種元素交錯而成的晶格模型,其內部原子在一定溫度下(通常是相當低溫)會排列成序,產生磁場,但超過此臨界溫度(稱為奈耳溫度)就會失去磁性。雖然當時已有技術冷卻到絕對溫度 4、5 度,但從沒有人見過此一現象,因此這個模型被當成純理論的論文,並未引起注意。直到 1951 年,才首度在二水氯化銅發現反鐵磁性。

雖然當時仍沒發現反鐵磁性有何實際用途,但奈耳於 1947 年在鐵氧材料上又發現的新磁性──亞鐵磁性──可就大不相同了。這種材料在外加電磁場時會有不同極性,加上本身本並不導電,在電子產品上產生很多新的應用,例如電報、電話、電視、收音機等要求低耗損的高頻設備,或是馬達、揚聲器、麥克風與其它各種耦合元件,亞鐵磁性材料都扮演了極為重要的角色。

奈耳於 1970 年獲頒諾貝爾物理獎,以表揚他「在反鐵磁性與亞鐵磁性上的基礎工作與發現,為固態物理帶來許多重要的應用」。而此時尚未預見反鐵磁性會在十八年後會成為發現「巨磁阻效應」的關鍵,使得硬碟容量突破瓶頸,造成各種電子產品與應用軟體的改變哪!

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。


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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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