博科園：本文為物理學類
物理學家在鈾化合物中發現一種新磁鐵！這種化合物名為USb2(鈾和銻的化合物)，是一種所謂的“單磁體”，它的新穎之處在於，它產生磁性的方式與科學家已知的任何其他磁體都完全不同。電子是帶負電荷的粒子，它們產生自己的微小磁場。這些場有一個“北”極和“南”極，這是自旋量子力學性質的結果。在大多數物體中，這些磁場指向隨機的方向，相互抵消。(這就是為什麼你的身體不是一塊巨大的磁鐵。)但在某些材料中，這些場是對齊的。當這種情況發生時，它們會產生一個強大的磁場，足以使一堆鐵銼四處移動，或者使指南針指向北方。幾乎宇宙中所有已知的磁鐵都是這樣的，從你的冰箱和磁共振儀上的磁鐵到地球本身的磁性。
博科園-科學科普：但是新發現基於單片機的磁鐵機制方式完全不同。USb2和其他很多物質一樣，它裡面的電子不傾向於將磁場指向同一個方向，所以它們不能通過它們的聯合磁場強度產生磁性。然而，USb2中的電子可以共同作用形成量子力學的物體，稱為“自旋激子”自旋激子不像你在物理和化學課上學到的普通粒子：電子、質子、中子、光子等等。相反，它們是準粒子，在我們的宇宙中，這些粒子不是離散的物體，但當一組物理粒子開始以奇怪的方式一起作用時，它們的行為就像這樣。自旋激子來自於電子群的相互作用，當它們形成時，就產生了磁場。
- 鐵屑聚集在環形磁鐵及其磁場周圍。圖片：Lawrence Lawry/Getty Images
根據負責USb2發現的研究人員發表的一份聲明，物理學家長期以來一直懷疑，自旋激子群可能以相同方向的磁場聚集在一起。他們稱這種效應為“基於單一的”磁力。這種現象之前在超冷實驗環境中被證明是短暫的、脆弱的閃光，而在超冷的實驗環境中，量子力學的奇異物理現象往往更為明顯現在，物理學家第一次證明了這種磁鐵可以在超冷環境之外以穩定的方式存在。研究人員在2019年2月7日發表在《自然通訊》(Nature Communications)上的論文中表示：在這種名為USb2的化合物中，磁場在一瞬間形成，然後幾乎同樣迅速地消失。
- 在單線態磁體中，磁場不是由一大堆無序的磁場突然排列而形成，而是由於存在粒子中出現了一種新的磁場。圖片：Lin Miao, NYU's Department of Physics
在正常情況下，鐵棒中的磁矩逐漸對齊，磁化和非磁化狀態之間沒有明顯的過渡。在單磁體中，狀態間的跳躍更為劇烈。自旋激子通常是暫時的物體，當它們聚集在一起時就變得穩定。當這些簇形成時，它們開始級聯。就像多米諾骨牌倒下一樣，自旋激子迅速而突然地充滿整個物質，並彼此排列，這就是在USb2中發生的事情，研究人員在聲明中寫道：這種磁鐵的優點是，它在磁化和非磁化狀態之間翻轉比普通磁鐵容易得多。考慮到許多計算機依賴於來回切換磁體來存儲信息，有一天基於單件的設備可能會比傳統磁體設置運行得更高效！
博科園-科學科普｜參考期刊文獻:《Nature Communications》
文: Rafi Letzter/Live Science
DOI: 10.1038/s41467-019-08497-3
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