磁性、超導性共存的新材料開啟新的可能性

科學家已抵達一個關鍵的里程碑,那導致新的、具實用電子特性的材料。在 9/5 當期 Nature Physics 中報導的一項研究裡,這個團隊將二種無磁性的絕緣體交錯重疊(sandwiched)並發現一種令人吃驚的結果:二種材料交會的那一層,同時具有磁性以及超導電性區域 — 這二種特性一般來說無法共存。

技術專家老早想尋找一種方法來改造這類材料 — 稱之為複合氧化物(complex oxides) — 當中的磁性,成為開發用於儲存與處理(資料)之潛在新型運算記憶體的第一步。

這項發現,由史丹佛材料與能源科學研究所(SIMES,能源部 SLAC National Accelerator Laboratory 與史丹佛大學的合作機構)的研究者所完成,「在改造新種材料與研究這些一般來說不相容的狀態的交互作用上,開啟了令人振奮的可能性,」 Kathryn A. “Kam" Moler 表示,SLAC/Stanford 研究者,她領導這些成像研究。

關鍵的下一步:理解這種超導電性以及磁性共存在這種材料中,是否為一種不穩定的停戰協議,又或著,這代表發現一種新型態的、主動與磁性產生交互作用的超導電性,Moler 表示。超導電材料,那以沒有阻礙的方式傳遞電流,同時具 100% 的效率,通常會排斥任何靠近它們的磁場。

“我們未來的測量將指出,它們是在彼此對抗或彼此相助," Moler 說。

獨立的、來自 MIT 的研究者在同一期的 Nature Physics 上宣佈,他們已利用另一種測量方法證實,磁性存在於二種材料之間的界面上。在一篇伴隨二篇論文而來的評論中,哥倫比亞大學物理學家 Andrew J. Millis(他並沒有涉及這些研究)寫道,這項研究能產生新品種的材料,具有 “有趣的、可控制的、新奇的以及也許實用的集體電子特性。" 雖然這個目標仍很遙遠,他說,不過這些新發現指出,"這個領域已通過一個關鍵的里程碑。"

SIMES 畢業生 Julie Bert,該論文的第一作者,以及她的同僚,在一片鋁酸鑭(lanthanum aluminate,LaAlO3)薄膜上進行她們的觀測,那已平放在鈦酸鍶(strontium titanate,SrTiO3)基質上。這些結構是藉由與應用物理學家 Harold Hwang 的合作而生長,他最近將他的小組從東京大學搬出以加入 SIMES,現在身為副主管。二種氧化物交會之處的原子層變得金屬化(metallic)並允許電流在接近絕對零度的溫度下沒有阻礙地流動。

研究者正開始實驗,看看當這種材料被壓縮,或著,施加一電場時,是否有任何變化,Moler 說。她補充表示,現在必須完成額外的研究以測定促成磁性與超導電性在這些氧化物中形成的物理特性。

“現代科技賦予我們驚人的能力,以一層又一層的原子生長材料," Moler 說。"我們的研究帶來的訊息是:這麼做我們能創造出具有驚人新特性的新材料。

資料來源:PHYSORG: Novel magnetic, superconducting material opens new possibilities in electronics [September 5, 2011]

轉載自 only-perception


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