博科园|观察到自旋波，还能切换磁性！，最新科技：终于实现在二维磁铁中
就像大脚怪和尼斯湖怪兽一样 ， 磁系统中的临界“自旋波”还没有被捕拍摄看捉到 。 与传说中的生物不同 ， 这些高度相关的电子自旋模式的波动确实存在 ， 但它们太随机和动荡 ， 无法实时看到 。 康奈尔大学一个研究团队开发了一种新的成像技术 ， 这种技术足够快速和灵敏 ， 可以观察到二维磁铁中这些难以捉摸的临界波动 。 这种实时成像使研究人员可以通过一种“被动”机制来控制波动和切换磁性 。
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这最终可能促使更节能磁存储设备的诞生 ， 其研究成果发表在《自然材料》期刊上 。 研究的联合资深作者是文理学院物理学副教授麦健辉（音译）和工程学院应用与工程物理学教授单杰（音译） ， 这两位研究人员都是康奈尔大学卡夫利纳米科学研究所的成员 ， 他们通过教务长的纳米科学和微系统工程(NEXTNano)倡议来到康奈尔大学 ， 其共享的实验室专门研究原子薄的量子材料 。
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当磁化波动发生在热力学临界点附近时 ， 就被认为是“临界”的 。 热力学临界点是指一种物质转变成新的相态 ， 从而产生各种不寻常现象的时刻 。 铁就是一个典型的例子 ， 当加热到极端温度时 ， 它就会失去磁性 。 在这个关键区域或临界点中 ， 波动不再是随机行为 ， 而是变得高度相关 。 卡夫利研究所博士后研究员、研究的主要作者金晨浩(音译)说：如果你想象所有空气分子都是相关的 ， 它们就像风一样在非常大的长度范围内一起移动 。
实时捕捉波动
【博科园|观察到自旋波，还能切换磁性！，最新科技：终于实现在二维磁铁中】这就是当波动变得相关时会发生的事情 ， 这可能会在一个系统和任何尺度上导致戏剧性的影响 ， 因为这种相关性理论上可以达到无穷大 ， 研究看到的波动是自旋或磁矩的波动 。 这些临界磁化强度波动很难看到 ， 因为它们是不断变化的 ， 并且发生在非常窄的温度范围内 。 物理学家研究磁性相变已经有几十年了 ， 这种现象在二维系统中更容易观察到 ， 还有什么比只有一层原子的磁铁更二维的呢？
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从单个原子层观察信号仍然存在很多挑战 ， 研究人员使用了单层铁磁绝缘体 ， 溴化铬 ， 作为一个二维系统 ， 它具有更宽的临界区域和更强波动 。 为了实时看到这些波动 ， 研究人员需要一种同样快速、具有高空间分辨率和宽视野成像能力的方法 。 该团队能够满足这些标准 ， 方法是使用具有非常纯偏振态的光来探测单层 ， 并记录下清晰的磁矩信号（这是磁铁的强度和方向）当它产生自发波动时 。
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实时捕捉这一现象的能力 ， 意味着研究人员只需施加一个小电压 ， 让波动在不同状态之间来回切换 ， 就可以控制磁铁中的临界波动 。 一旦达到目标状态或值 ， 就可以关断电压 。 不需要磁场来控制波动 ， 因为它们本质上是自己驱动的 。 这与主动磁状态切换是一个根本不同的概念 ， 因为它是完全被动的 ， 这是一种基于从测量中获得的信息切换 ， 而不是主动驱动系统 。 所以这是一个新的概念 ， 可以会节省大量能源 。
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博科园｜研究/来自：康奈尔大学
参考期刊《自然材料》
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