物理学家发现新的磁电效应

量子认知

发布时间:09-1623:49

电流和磁性密切相关:电流产生磁场,发电机中的旋转磁铁产生电流。但是,还有一种现象要复杂得多:某些材料的电和磁特性相互耦合。某些晶体的电特性会受到磁场的影响,反之亦然。在这种情况下,人们会说是“磁电效应”。它在某些类型的传感器中、或在寻找新的数据存储装置方面起着重要的作用。

磁电效应

对一种特殊的材料进行了研究,乍一看,根本不会期望有任何磁电效应。但是现在仔细的实验表明,在这种材料中可以观察到这种效果,它的作用与通常的电磁作用完全不同,可以高度敏感的方式对其进行控制:即使磁场方向的微小变化也可以将材料的电特性切换到完全不同的状态。

对称控制耦合

维也纳固体物理研究所的Andrei Pimenov教授说:“晶体的电和磁特性是否耦合取决于晶体的内部对称性。” “如果晶体具有高度对称性,例如,如果晶体的一侧正好是另一侧的镜像,那么从理论上讲就不会有磁电效应。”

这适用于现在已经详细检查过的晶体,一种由镧、镓、硅和氧、及掺杂的钬原子制成的所谓的镧铁矿。 Andrei Pimenov说:“晶体结构是如此对称,以至于实际上它不应该产生任何磁电效应。在弱磁场的情况下,确实与晶体的电学特性没有任何耦合。” “但是,如果我们增加磁场强度,就会发生一些非凡的事情:原子改变其量子态并获得磁矩,这破坏了晶体内部的对称性。”

从纯粹的几何观点来看,晶体仍然是对称的,但是原子的磁性也必须考虑在内,这就是破坏对称性的原因。因此,晶体的极化可以随磁场而改变。 “极化是当晶体中的正电荷和负电荷彼此相对移位时,” “用电场很容易做到这一点,但是由于磁电效应,使用磁场也可以实现。”

不是强度,而是方向

磁场越强,其对极化的影响越强。 “极化和磁场强度之间的关系近似线性,这并不稀奇,” Andrei Pimenov说。 “但是,值得注意的是,极化和磁场方向之间的关系是极其非线性的。如果稍微改变磁场的方向,极化可能会完全倾斜。这是一个新形式的磁电效应现象,这是以前所不知道的。”因此,小的旋转可能决定磁场是否可以改变晶体的极化。

新存储技术的可能性

“磁电效应将在各种技术应用中扮演越来越重要的角色,” Andrei Pimenov说。 “下一步,我们将尝试通过电场来改变磁性能,而不是通过磁场来改变电性能。原则上,这应该以完全相同的方式实现。”

如果成功,这将是一种将数据存储在实体中的有前途的新方法。 “在诸如计算机硬盘之类的磁性存储器中,当今需要磁场,” Pimenov解释说。 “它们是由电磁线圈产生的,这需要相对大量的能量和时间。如果有直接的方法通过电场来切换固态存储器的磁性能,那将是一大突破。”

该最新研究结果论文。题为:“顺磁稀土硅酸镧铁矿中异常的磁电效应”,发表在最近的《自然》杂志下的“量子材料”期刊上。

参考:Unusual magnetoelectric effect in paramagnetic rare-earth langasite, npj Quantum Materials. https://www.nature.com/articles/s41535-020-00263-9#Fig1

返回顶部