在高度对称晶体中发现了一种奇怪的新磁电效应

磁和电以多种怪异而奇妙的方式联系在一起,如某些晶体中就存在着令人着迷的磁电效应——晶体的电学特性会受到磁场的影响,反之亦然。

现在事情变得更加古怪了,因为科学家们发现了对称晶体中的全新磁电效应,而这原本是不可能存在的东西。

一种被称为硅酸镓镧的特定类型的晶体——由镧,镓,硅、氧和钬原子组成——具有对称的结构,据认为可以消除磁与电之间的联系。

奥地利维也纳工业大学(TU Wien)的物理学家安德烈·皮梅诺夫(Andrei Pimenov)说:“晶体的电和磁特性是否耦合取决于晶体的内部对称性。如果晶体具有高度对称性,例如,晶体的一侧正好是另一侧的镜像,那么从理论上讲就不会有磁电效应。”

好吧,最新的发现就是:不仅对称晶体能够产生磁电效应,而且是以前从未见过的效应。

科学家们说,虽然对称性在几何意义上得以保留,但钬原子的磁性打破了对称性,从而使这种效应逐渐进入了量子物理学领域。晶体中的正电荷和负电荷会稍微移位。

通过电场很容易做到这一点,但是对于硅酸镓镧,也可以通过磁场来完成——关键是磁场的强度。

皮梅诺夫说:“硅酸镓镧晶体的结构是如此对称,以至于它不应产生任何磁电效应。而且在弱磁场的情况下,也确实如此。但是,如果我们增加磁场强度,就会发生一些超越常理的事情——原子改变其量子态并获得磁矩。这破坏了晶体的内部对称性。”

硅酸镓镧晶体的极化强度和磁场强度之间呈线性关系,这是正常的现象,而极化强度与磁场方向之间的关系则完全不正常——是强非线性关系。

这是全新的东西——磁场旋转微小角度可能会导致电极化效应发生较大变化。

研究人员下一步想要查看这种新效应是否可逆,即通过电场改变磁特性。

这无疑是非常前沿的物理学内容,但是对应用层面,如数据技术,也是非常有价值的发现。磁电效应对各种类型的传感器技术也很重要。

“在诸如计算机硬盘之类的磁性存储器中,需要磁场。它们是由电磁线圈产生的,而这需要相对大量的能量和时间。如果有直接的方法可以通过电场来切换固态存储器的磁性能,那将是一个突破。”

该研究已发表在《NPJ量子材料》上。

原文:https://www.sciencealert.com/a-new-magnetoelectric-effect-has-been-found-in-a-symmetrical-crystal

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