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rlafite木蟲 (正式寫手)
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研究指出：超導(dǎo)性通過破壞對(duì)稱性揭示交替磁性
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研究指出：超導(dǎo)性通過破壞對(duì)稱性揭示交替磁性 超導(dǎo)性與磁性之間究竟有何聯(lián)系？磁性與超導(dǎo)性在量子材料中的一種令人困惑的關(guān)系已經(jīng)縈繞科學(xué)界數(shù)十年——如今，維也納工業(yè)大學(xué)（TU Wien）的一項(xiàng)研究給出了一個(gè)出人意料的新解釋。 一些材料在被冷卻到極低溫度時(shí)，可以在沒有任何電阻的情況下導(dǎo)電。這種現(xiàn)象被稱為超導(dǎo)性，它與材料的其他重要性質(zhì)密切相關(guān)。然而，維也納工業(yè)大學(xué)固體物理研究所物理學(xué)家 Aline Ramires 的最新研究表明：在某些材料中，超導(dǎo)性并不會(huì)像人們普遍認(rèn)為的那樣產(chǎn)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(shí)驗(yàn)中變得可觀測(cè)——這種磁性被稱為交替磁性（altermagnetism）。 回到未來：時(shí)間反演對(duì)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(xiàn)象并不區(qū)分時(shí)間的正向或反向，但磁性卻會(huì)：如果粒子在磁場(chǎng)中被偏轉(zhuǎn)向右，那么在時(shí)間反向運(yùn)行時(shí)，它看起來就會(huì)被偏轉(zhuǎn)向左。在這種情況下，物理學(xué)家稱之為時(shí)間反演對(duì)稱性破缺。這種對(duì)稱性破缺也可以以更微妙的量子力學(xué)方式出現(xiàn)，例如體現(xiàn)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(yīng)存在的明確標(biāo)志。 過去，人們正是這樣解讀一系列在不同材料中獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：恰好在材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的溫度以下，一些奇異現(xiàn)象突然顯現(xiàn)出來。結(jié)論似乎不言自明——超導(dǎo)性本身一定是“奇異”的，在出現(xiàn)的那一刻產(chǎn)生了磁性并打破了時(shí)間反演對(duì)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(shí)間反演對(duì)稱性破缺的跡象，”Ramires 說�！白畛酰绻僭O(shè)存在一種特殊的、具有手性并能產(chǎn)生磁效應(yīng)的超導(dǎo)態(tài)，一切看起來都說得通。但隨著實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不斷積累，整體圖景卻變得越來越令人困惑。” 這項(xiàng)發(fā)表在《Physical Review Research》上的新研究有力地表明：超導(dǎo)態(tài)的鍶釕氧化物實(shí)際上并不會(huì)產(chǎn)生這樣的磁效應(yīng)。其他實(shí)驗(yàn)甚至在臨界溫度之上——也就是超導(dǎo)性尚未出現(xiàn)的區(qū)域——就探測(cè)到了磁性信號(hào)�！帮@然有哪里不對(duì)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(xué) 交替磁性——一種奇異的磁性形式 Ramires 現(xiàn)在表明，這些謎團(tuán)可以追溯到一種直到近幾年才被確認(rèn)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(huì)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(zhǎng)度尺度上彼此抵消�！霸诮惶娲判灾校噜徸孕瑯又赶蛳喾捶较�，但一種自旋的空間排布與另一種并不完全等價(jià)，”Ramires 解釋道，“因此，交替磁性材料會(huì)表現(xiàn)出本質(zhì)上不同的行為。” 對(duì)稱性是關(guān)鍵 在某些材料中，交替磁性既可以存在于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度之上，也可以存在于其之下，并且能夠打破時(shí)間反演對(duì)稱性。然而，如果材料具有特定的內(nèi)部對(duì)稱性，凝聚態(tài)物理學(xué)家通常用來探測(cè)這種對(duì)稱性破缺的特征信號(hào)可能會(huì)被“隱藏”起來。 “如果材料中的原子以某種特定的對(duì)稱方式排列，一些效應(yīng)就不可見——例如克爾效應(yīng)，這是一種光學(xué)性質(zhì)的變化，通常被視為時(shí)間反演對(duì)稱性破缺的典型標(biāo)志，”Ramires 說�！爱�(dāng)超導(dǎo)性出現(xiàn)時(shí)，其中一些空間對(duì)稱性可能會(huì)被打破，從而使此前被隱藏的效應(yīng)變得可以測(cè)量。” 結(jié)論十分明確：并不是超導(dǎo)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(nèi)部對(duì)稱性必須先被打破，交替磁性的后果才能被觀測(cè)到。研究人員長(zhǎng)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(cè)效應(yīng)突然顯現(xiàn)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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