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rlafite木蟲 (正式寫手)
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反鐵磁體中的液晶相可以通過電學(xué)方式探測
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反鐵磁體中的液晶相可以通過電學(xué)方式探測 下一代磁性器件（可用于信息的供能、存儲、傳感或傳輸）的最佳候選材料，或許出人意料地是反鐵磁體。目前應(yīng)用最廣泛的磁性材料是鐵磁體，它們具有永久磁化，因此彼此之間會產(chǎn)生強(qiáng)烈吸引。與之相對的反鐵磁材料則完全不表現(xiàn)出凈磁化。盡管其凈磁場為零，但反鐵磁體卻具有許多引人注目的特性，有望解決當(dāng)前磁性技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，例如雜散磁場的產(chǎn)生或器件運(yùn)行速度較慢等問題。 如今，由Tohoku University領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊邁出了開發(fā)反鐵磁技術(shù)的第一步。研究人員首次發(fā)現(xiàn)，在電流作用下，反鐵磁體可以表現(xiàn)出一種被稱為“液晶”或“向列相”的物質(zhì)相，并且這種相可以通過電學(xué)方式進(jìn)行探測。該研究成果發(fā)表在Nature Communications上。 “我們研究的反鐵磁體具有與傳統(tǒng)鐵磁體根本不同的對稱性，這意味著它們不僅僅是另一種可替代的材料平臺，而是一類有望承載全新電子功能的新型磁體，”通訊作者Hideaki Sakai表示。 為了實現(xiàn)與鐵磁體相當(dāng)?shù)墓δ�，反鐵磁體必須同時打破時間反演（T）對稱性和空間反演（或稱宇稱，P）對稱性。這類新興材料被稱為 PT 對稱反鐵磁體，它們分別打破 T 和 P 對稱性，但保持二者組合的 PT 對稱性不變。 T 對稱性指的是一個系統(tǒng)在時間正向和反向演化時應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)相同。當(dāng) T 對稱性被打破時，會產(chǎn)生自旋相關(guān)的能帶分裂，即系統(tǒng)中電子的能級依賴于其自旋這一物理性質(zhì)。這會導(dǎo)致系統(tǒng)在“向前”和“向后”演化時表現(xiàn)不同。 P 對稱性則指系統(tǒng)在空間鏡像下應(yīng)具有相同的物理行為。若 P 對稱性被打破，系統(tǒng)的鏡像結(jié)構(gòu)將表現(xiàn)出不同的行為。這類新材料同時打破 T 和 P 對稱性，但兩種破缺方式相互“抵消”，從而保持整體的 PT 組合對稱性不被破壞。 “該領(lǐng)域近期的研究揭示了一些特殊晶體結(jié)構(gòu)，它們允許打破 T 對稱性并實現(xiàn)新的功能，”Sakai 說道�！跋啾戎�，對于同時打破 P 對稱性的反鐵磁體，人們了解得要少得多。這類系統(tǒng)具有特殊的電子能帶結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生與傳統(tǒng)鐵磁體或僅打破 T 對稱性的反鐵磁體根本不同的物理性質(zhì)�！� 研究團(tuán)隊考察了鍶錳鉍化物 SrMnBi2。該晶體材料由交替堆疊的 PT 對稱反鐵磁層與高導(dǎo)電性的狄拉克電子層組成，后者是一種允許電子以高速線性色散方式運(yùn)動的材料結(jié)構(gòu)。 研究人員在施加電流和磁場的條件下測量了電子輸運(yùn)性質(zhì)，觀察到一種由電流誘導(dǎo)的電子形變。這種形變表現(xiàn)為類似二極管的非線性電阻信號，即類似二極管那樣只允許電流單向流動的電學(xué)不對稱行為。 “重要的是，二極管極性依賴于磁場方向，這為在 PT 對稱反鐵磁體中由電流誘導(dǎo)的電子向列相提供了明確證據(jù)，”Sakai 表示。 他們還發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)控電流和磁場，可以切換二極管的方向。這與傳統(tǒng)二極管的工作方式不同，提供了一種全新的電子器件工作原理。 這項研究首次證明，反鐵磁體可以表現(xiàn)出由電流誘導(dǎo)的電子“液晶”態(tài)，并且這種狀態(tài)可以通過電阻變化直接進(jìn)行電學(xué)探測。這為實現(xiàn)全新的器件功能提供了可能，而不僅僅是對現(xiàn)有自旋電子學(xué)技術(shù)的漸進(jìn)式改進(jìn)。 Publication details Hideaki Sakai et al, Transport evidence of current-induced nematic Dirac valleys in a parity-time-symmetric antiferromagnet, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-025-67229-y |
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