最新研究表明类晶体结构具有独特的磁跃迁
在材料科学领域,许多人都听说过晶体-高度有序的结构,其中原子以紧密且周期性的方式排列(重复原子排列)。但是,很少有人知道准晶体,准晶体是具有奇怪原子排列的独特结构。像晶体一样,准晶体也紧密排列,但是它们的不同之处在于它们具有前所未有的五边形对称性,因此原子排列是高度有序的,而不是周期性的。
这种独特的功能使它们具有独特的性能,例如高稳定性,耐热性和低摩擦性。自从大约30年前发现以来,全球科学家一直在试图了解准晶体的性质,以期在材料研究方面取得更大的进步。但是,这并不容易,因为准晶体本质上并不普遍。幸运的是,他们已经能够使用类似于准晶体的结构,称为“蔡氏近似”。详细了解这些结构可以深入了解准晶体的许多特性。反铁磁性就是这样一种性质,其中的磁矩以准周期性排列,与传统的反铁磁体明显不同。迄今为止,在准晶体中从未观察到这种特性,但是对于材料科学家而言,这种可能性令人兴奋,因为它可能是通往大量新应用的门户。
在《物理评论B:快速通讯》上发表的一项新研究中,东京科学大学的一组科学家在田村隆二教授的带领下,首次发现一种Tsai型近似物表现出反铁磁跃迁。这是一个令人兴奋的发现,因为它暗示甚至准晶体也可能显示出这种过渡。科学家已经知道Tsai型近似值有两个不同的变体:1/1和2/1近似值。
两者之间的主要区别在于2/1近似结构在其结构中包含一个额外的菱面体单元,而在1/1类型中则不存在,这使它们更加有序且更接近准晶体的结构。这就是为什么科学家想要了解2/1个近似值可以显示反铁磁性的条件的原因。它创造了即使在准晶体中也能看到这种新特性的可能性。田村教授说:“已经在1/1近似中观察到反铁磁跃迁,但是我们第一次在2/1近似中观察到它。这很有趣,因为与1/1近似不同,2/1近似包含了所有构成准晶体所必需的组件。”
为了更仔细地观察2/1近似值的磁性,科学家合成了具有晶体结构的金属合金,其中包含1/1和2/1近似值。通过使用一种称为超导量子干涉装置(SQUID)的装置,他们研究了近似值显示出不同磁特性的条件。有趣的是,他们发现,单个参数指示两种类型的近似值中都存在反铁磁性。这是每个原子的电子比率,在两种类型中略有不同。通过操纵电子/原子比,田村教授和他的团队看到了两种近似值都向反铁磁态“转变”。此属性以前在1/1类型中见过,但从未在2/1近似中见过。这是令人兴奋的发展,
田村教授详细阐述了他们的发现,他说:“我们首次成功观察到同一合金系统中1/1和2/1原子力显微镜近似的反铁磁跃迁。” 他补充说:“我们的发现清楚地表明,反铁磁阶在2/1的高阶近似中得以幸存,它具有创建准晶体的所有构造要素。”
准晶体的重要性是众所周知的,例如在诸如煎锅和针头的常规应用中。但是,鉴于它们的最新发现,对于使它们如此独特的原因还知之甚少。通过展示类准晶体结构中反铁磁性的存在,田村教授及其团队可能为准晶体研究的更大发展铺平了道路。田村教授总结说:“以前从未见过反铁磁准晶体,这一发现具有重大的学术影响。” 他补充说:“存在反铁磁的可能性 准晶体是朝着破解准晶体之谜迈出的一大步。”