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rlafite木蟲 (正式寫手)
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研究指出：超導性通過破壞對稱性揭示交替磁性
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研究指出：超導性通過破壞對稱性揭示交替磁性 超導性與磁性之間究竟有何聯(lián)系？磁性與超導性在量子材料中的一種令人困惑的關系已經縈繞科學界數十年——如今，維也納工業(yè)大學（TU Wien）的一項研究給出了一個出人意料的新解釋。 一些材料在被冷卻到極低溫度時，可以在沒有任何電阻的情況下導電。這種現象被稱為超導性，它與材料的其他重要性質密切相關。然而，維也納工業(yè)大學固體物理研究所物理學家 Aline Ramires 的最新研究表明：在某些材料中，超導性并不會像人們普遍認為的那樣產生奇異的磁性。相反，它只是讓一種不同尋常的磁性形式在實驗中變得可觀測——這種磁性被稱為交替磁性（altermagnetism）。 回到未來：時間反演對稱性 如何判斷一段影片是在正向播放還是倒放？許多物理現象并不區(qū)分時間的正向或反向，但磁性卻會：如果粒子在磁場中被偏轉向右，那么在時間反向運行時，它看起來就會被偏轉向左。在這種情況下，物理學家稱之為時間反演對稱性破缺。這種對稱性破缺也可以以更微妙的量子力學方式出現，例如體現在某些材料中粒子的量子態(tài)上。幾乎在所有情況下，這都是磁效應存在的明確標志。 過去，人們正是這樣解讀一系列在不同材料中獲得的實驗結果：恰好在材料進入超導態(tài)的溫度以下，一些奇異現象突然顯現出來。結論似乎不言自明——超導性本身一定是“奇異”的，在出現的那一刻產生了磁性并打破了時間反演對稱性。 “例如，在鍶釕氧化物（Sr₂RuO₄）以及某些層狀材料中，人們觀察到了時間反演對稱性破缺的跡象，”Ramires 說�！白畛酰绻僭O存在一種特殊的、具有手性并能產生磁效應的超導態(tài)，一切看起來都說得通。但隨著實驗結果的不斷積累，整體圖景卻變得越來越令人困惑�！� 這項發(fā)表在《Physical Review Research》上的新研究有力地表明：超導態(tài)的鍶釕氧化物實際上并不會產生這樣的磁效應。其他實驗甚至在臨界溫度之上——也就是超導性尚未出現的區(qū)域——就探測到了磁性信號�！帮@然有哪里不對勁，但沒有人能夠解釋這些奇怪的矛盾，”Ramires 說。 Aline Ramires。圖片來源：維也納工業(yè)大學 交替磁性——一種奇異的磁性形式 Ramires 現在表明，這些謎團可以追溯到一種直到近幾年才被確認的、不同尋常的磁性類型——交替磁性。在傳統(tǒng)的鐵磁性中，所有參與的電子都會將其磁矩（自旋）排列在同一方向上。 而在反鐵磁性中，情況恰恰相反：相鄰的自旋指向相反方向，在較大的長度尺度上彼此抵消�！霸诮惶娲判灾�，相鄰自旋同樣指向相反方向，但一種自旋的空間排布與另一種并不完全等價，”Ramires 解釋道，“因此，交替磁性材料會表現出本質上不同的行為�！� 對稱性是關鍵 在某些材料中，交替磁性既可以存在于超導轉變溫度之上，也可以存在于其之下，并且能夠打破時間反演對稱性。然而，如果材料具有特定的內部對稱性，凝聚態(tài)物理學家通常用來探測這種對稱性破缺的特征信號可能會被“隱藏”起來。 “如果材料中的原子以某種特定的對稱方式排列，一些效應就不可見——例如克爾效應，這是一種光學性質的變化，通常被視為時間反演對稱性破缺的典型標志，”Ramires 說�！爱敵瑢猿霈F時，其中一些空間對稱性可能會被打破，從而使此前被隱藏的效應變得可以測量�！� 結論十分明確：并不是超導性在這些材料中創(chuàng)造了磁性。這些材料本身自始至終就是磁性的——它們是交替磁體。只是，在某些情況下，材料的內部對稱性必須先被打破，交替磁性的后果才能被觀測到。研究人員長期以來所懷疑的所謂磁性“閾值”并不存在——磁性本身并未發(fā)生任何變化，變化的只是它的可觀測效應突然顯現出來。 Publication details Aline Ramires, From pure to mixed: Altermagnets as intrinsic symmetry-breaking indicators, Physical Review Research (2026). DOI: 10.1103/jr65-4273 |
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