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研究人员确定了神秘磁力的来源

时间：2021-09-09 09:25:26 来源：

该图像是艺术家在人造氧化物异质结构中揭示磁性的钛原子的概念，其向斯坦福Synchrotron辐射光源的探测X射线束 - 尽管在正常情况下钛根本不是磁性。格雷格·斯图尔特/ SLAC

在一个新出版的研究中，SLAC国家加速器实验室的研究人员证明了Laalo3 / Srtio3异质结构中的磁性来自钛原子。

来自Slac和Stanford的科学家在斯坦福Synchrotron辐射光源（SSRL）上使用了精细调整的X射线，以沿着两种材料夹在一起时出现的神秘磁力的来源。

为什么这是神秘的？

任何材料都没有显示出自行的磁性。

两种材料都是佩洛夫斯基酯，一类独特的电子性质对科学家感兴趣的矿物氧化物。Perovskites已经拥有各种工业用途，研究人员正忙于寻找将其中一些 - 例如高温超导体转换为可以改变我们的能量电网或帮助创造环保燃料的材料的方法。

这些特定的钙酸盐称为老挝（镧氧化铝）和STO（氧化钛），两者都是绝缘体。但是当夹在一起时，由此产生的“异质结构”可以在材料相遇的界面处进行电力。实际上，当冷却到近绝对零时，这种异质结构变为超导体，导电而没有任何阻力。更令人费解的是，它在老挝和STO相遇的时刻显示磁性质量 - 即使掺杂杂质以调整其性质，也没有单独进行材料。

哪个特定的原子获取这一新财产？这就是研究人员想要学习的内容，以及他们的研究结果本周在自然材料中出现。

研究人员研究了样品异质结构，每个都是STO基板上的一个极薄的老挝层。样品由斯坦福材料和能源科学院（SIMES）的Harold Hwang集团成长，是一个联合斯坦福大学研究所。Hwang是这种异性结构的专家;他一直在学习十年。

SSRL员工科学家Jun-Sik Lee表示，该集团依靠SSRL的X射线的一个非常重要的财产：它们可以调整为正确的波长以探测特定元素的属性。换句话说，研究人员可以使用X射线仅在异性结构的STO切片中的钛，或仅在氧气中看。

他们的调查指出了一个罪魁祸首。“我们已经证明了磁力来自钛原子，”李说，尽管准确地说，导致这一变化的基本财产尚不清楚。更重要的是，当它们处于最低能量时，磁力所谓的钛原子的“地态”。事实上，研究人员在钛原子中追求磁性，一直到10个开塞尔林，绝对零以上10度。

这是有趣的，因为STO的钛中这种磁场状态的结构是能够过渡到超导体所需的相同结构。这提示了老挝/ STO界面可能表现出另一个非常规行为：磁性和超导共存，李某的可能性，“在我们对物理学的传统理解中是非常不寻常的。”超导体的识别特性之一是它释放磁场的方式。

不幸的是，研究人员无法在足够低的温度下研究磁性钛以使异质结构过渡到超导性。然而，他们的研究确实支持2011年在自然物理学中发表的Simes成员Kathryn Moler的研究，其中她的研究团队在老挝/ STO接口中检测到存在的超导和磁力。

Hwang指出，即使在全球许多团体的几年调查之后，这个看似简单的界面也继续产生新的惊喜。“我们领域的梦想之一是”物资设计的概念“，”他说。“我们希望这些对意外的紧急现象（如磁力）的研究可以导致我们可以预测地工程人工异性结构的性质的理解。”

SLAC主任志昌考和这项工作的共同作者，强调了该集团斯拉克和斯坦福成员之间的密切合作。“合作从一系列会议哈罗德组织出介绍他的小组的研究，这是一个适合一起解决的工作的典范，适用于SLAC的独特资源 - 如SSRL - 对SLAC的科学问题斯坦福大社社区，“他说。“还有许多其他例子，我希望能够促进更多的例子。”

至于下一个步骤，李刚笑了。“有很多下一步步骤，”他说。“我们已经向每个人都经过了一个非常大的问题。我们已经说过，'好的，我们得到了这个结果 - 现在我们都有很多家庭作业。“”

出版物：J.-S. Lee等，钛DXY铁磁性在Laalo3 / Srtio3 interface，自然材料，（2013）; DOI：10.1038 / NMAT3674

图像：格雷格·斯图尔特/ SLAC

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