@ 2019.10.20 , 12:00

首次观察到量子分形的实例

从霜花到海岸线,自然界中分形无处不在。因此,如果在某领域里至今未能发现分形结构,反而令人非常惊讶。

量子力学——麻省理工学院的物理学家现在终于在量子材料找到了第一个分形结构的实例。

在磁性单元的随机分布中呈现出了这一结构,这些磁性单元被称为“磁畴”,基本材料为镍酸钕,而钕是性能非凡的稀土金属。

它们可能会引发存储技术的革新。这很酷,因为镍酸钕是怪异的东西。

在常温下,镍酸钕是电的良导体;将其放入液氮中,使温度降至负123摄氏度的临界温度以下,它又成为绝缘体。

这还不是唯一的变化。如物理学家Riccardo Comin解释的那样,“这种材料在所有温度下都不具有磁性。”

当然,如果温度够高,磁铁也会失去磁性。但是镍酸钕并不遵循通常的规则,因此其电子排布的方式一直是个谜。

镍酸钕中的原子会聚集成被称为磁畴的微小团块。

根据特定条件下电子与原子之间的量子作用,畴具有各种大小和排列。但是,考虑到镍酸钕平时是导体,超低温下为绝缘体,磁畴出现在镍酸钕中的机制始终是个问题。

过去,研究人员通过材料X射线散射来研究其怪异的电磁特性。尽管它能揭示出电子分布随温度的变化,但无法绘制出精确的分布图像。

Comin说:“因此,我们采用了特殊的方案,可以将光束压缩成很小的一点,从而可以逐点绘制材料中的磁畴排列。”

Comin团队发明了只有150微米宽的聚焦镜头。最终结果是X射线束小到足以测量镍酸钕膜上磁畴的精细尺度。

Comin说:“起初没看出什么模式,但是在分析了统计数据后,我们意识到它具有分形的结构。完全出乎意料。”

既是导体又可以充当绝缘体的材料在电子领域里发挥着重要作用。晶体管就是其伟大的应用。

但镍酸钕还有另外一个特性。当温度再次下降时,会出现相同的域分形图案,几乎就像它拥有记忆一样。

“与硬盘驱动器中的磁盘类似,人们可以设想在这些磁域中存储一些信息。”

从弹性存储设备到人工神经元,镍酸钕必将在未来的电子产品占有一席之地。

这项研究发表在《自然通讯》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

赞一个 (13)