《发现薄膜磁体之间的新的相互作用》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-06-10
  • 我们无处不在地传输视频,我们将有声读物下载到移动设备,我们在设备上存储了大量照片。简而言之,我们所需的存储容量正在快速增长。研究人员正在努力开发新的数据存储选项。一种可能性是跑道存储装置,其中数据以相反磁化区域的形式存储在纳米线中,即所谓的域。这项研究的结果最近发表在科学杂志“自然材料”上。

    来自德国约翰内斯古腾堡大学(JGU)的研究团队,以及荷兰埃因霍温科技大学的同事以及大邱庆北科技学院和韩国西江大学的研究团队现在已经发现了一个可以显着的发现改进这些赛道记忆设备。未来可以将信息存储在三维旋转结构中,而不是使用单个域,使存储器更快,更稳健并提供更大的数据容量。

    “我们能够展示迄今为止尚未发现的相互作用,”美因茨大学的Kyujoon Lee博士解释说。 “它发生在由非磁性层隔开的两个薄磁层之间。”通常,自旋彼此平行或反平行排列。对于这样的两个单独的磁性层也可以预期这一点。然而,这项工作的情况有所不同,因为研究人员已经能够证明,在特定的系统中,两层中的自旋相互扭曲。更确切地说,它们以90度的角度耦合成彼此垂直对齐。这种新的层间耦合相互作用在理论上通过PeterGrünberg研究所(PGI)的项目合作伙伴和ForschungszentrumJülich的高级模拟研究所(IAS)进行的理论计算得到了解释。

    美因茨的研究人员研究了多层材料的多种不同材料组合。他们能够证明这种先前未知的相互作用存在于不同的系统中,并且可以通过层的设计来设计。理论计算使他们能够理解这种新颖效应的潜在机制。

    根据他们的结果,研究人员揭示了这些层之间相互作用中缺失的成分。 “这些结果对于科学界来说非常有趣,因为它们表明存在缺失的层间相互作用的反对称元素,”JGU的Dong-Soo Han博士评论道。这开辟了设计各种新的三维旋转结构的可能性,这可能导致长期的新磁存储单元。

    该出版物的高级作者MathiasKläui教授补充说:“我很高兴这个国际团队的合作工作为三维结构开辟了新的道路,可以成为新3D设备的关键推动者。通过财政支持德国研究基金会和德国学术交流中心DAAD,我们能够与外国合作伙伴交换学生,教职员工和教授,以实现这项令人兴奋的工作。“

    ——文章发布于2019年6月3日

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-08-19
    • 一个国际科研团队在最新一期《自然·材料》杂志撰文称,他们首次观察到了“时间晶体”的相互作用。最新研究有望促进量子信息处理技术的发展,改善当前的原子钟技术,提高陀螺仪以及依赖原子钟的系统(如GPS)的性能。 时间晶体是一种物质态,不同于金属或岩石等标准晶体,后者由原子以规则的重复模式排列而成。2012年,诺贝尔奖获得者弗兰克·威尔泽克首次提出了时间晶体这一概念,并于2016年确定。时间晶体显示出恒定不变的奇异特性,即使没有外部输入也能重复运动。它们的原子先在一个方向不停地振荡、旋转或移动,然后再朝一个方向运动。 在最新研究中,来自英国兰卡斯特大学、伦敦皇家霍洛威大学伦敦分校、美国耶鲁大学和芬兰阿尔托大学的国际团队使用氦-3观测了时间晶体。氦-3是氦罕见的同位素,缺少一个中子。 研究人员将超流体氦-3冷却到绝对零度(零下273.15摄氏度)附近,然后在超流体内部创建了两个时间晶体,并使其接触。 科学家观察到两个时间晶体相互作用,并交换组成颗粒——这些粒子从一个时间晶体流向另一种时间晶体,然后又返回,这种现象称为约瑟夫森效应。 研究论文主要作者、英国兰卡斯特大学的萨穆利·奥蒂博士说:“控制两个时间晶体的相互作用是一项重大成就。此前,没有人在同一系统中观察到两个时间晶体,更不用说看到它们相互作用了。实现并观察到时间晶体的受控相互作用是将其用于量子信息处理等实际应用的第一步。” 奥蒂解释道,因为尽管周围环境变化,时间晶体仍会自动保持完整(相干),让相干性延续时间尽可能长是发展强大的量子计算机必须要解决的主要“拦路虎”。此外,时间晶体也可用于改善原子钟、GPS等系统的性能。 总编辑圈点 在晶体内,原子分子按照周期性结构重复排列。时间晶体,顾名思义,它在时间维度上仍然存在周期性重复的特征。这种物质,在时间轴上自发保持周期性运动,不消耗外部能量。晶体恒久远,一颗永流传。时间晶体周期运动的特性稳定,也被认为是制作量子计算机的潜力材料。此文研究作者指出,时间晶体的受控交互,是将时间晶体用于实际应用的第一步。现在,科研人员观察到了两个时间晶体之间的交互,也算是将利用时间晶体这件事,往前推进了一点点。
  • 《探索 | 液体分界面处的薄膜干涉带来新曙光》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-12-05
    • 可能你曾注意到,当太阳光照射到肥皂泡上时,会形成一道色彩斑斓的彩虹。这就是一种典型的薄膜干涉现象,该原理解释了光在液体混合物中不同的层(或薄膜)上如何反射。 对于美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家David Hoffman来说,薄膜干涉所带来的影响不只是在混合层界面产生五彩斑斓的颜色这么简单,它对生物、化学、石油和制药等行业也有着非常重要的影响。其中一个关键的应用就是化学净化,因为分离不同的化学物品是整个过程的核心。 然而,如何更好的控制不同的化学物质相互作用的下分界面一直是物理学上的一个挑战。因为研究人员需要穿透成堆的薄膜,才能得到两种不同液体(如油和水)相遇的确切位置。 如今,Hoffman及其同事提出了一个合适的解决方案。他们通过化学物质喷射水和油,构造出一个只有几百个原子厚的液体层,从而可以更清楚地看到液体相互作用的界面发生了什么。该成果最近被发表在Langmuir。 Hoffman表示,他们的方法可以实现对这些界面进行一系列全新的光谱测量,这在之前是根本无法做到的。研究人员能够通过这些光谱观察某一波段光的细节,从而深入了解分子的基本结构。而且该技术还能够做到实时观察材料相互作用时发生的化学反应。 在大部分生化反应中,两种物质之间的相互作用都是发生在边界或界面上,也就是两者相互接触的地方。比如,在病毒入侵细胞之前,它的外壳必须要与细胞膜融合。另一个更常见的例子发生在未混合的沙拉酱中——油分子和水分子只在两种液体之间的边界处发生相互作用。 该研究的主要人员Jake Koralek 强调,在化学和生物学中,界面处是分子活动的主要地方。 该研究主要集中于不同液体的分界面,它可以决定诸如反应速率或混合程度等基本变量。但界面本身只有几个原子厚,研究起来非常的困难。因为两种液体之间的界面两侧存在着大量的分子,如此多的分子淹没了界面本身发出的信号对实验数据本身产生了非常大的噪声干扰。 经过不懈努力,Hoffman和他的团队将液体的体积减少到只有几纳米厚,从而降低了噪音。为了做到这一点,他们从尺寸非常小的“微流体”喷嘴以每秒1到10m的速度喷射水和油,并将它们溅在一起形成一个薄薄的液面。然后,他们向薄片发射红外光,借助红外光谱了解界面到底发生了什么。下一步,他们计划使用SLAC的林纳相干光源(LCLS)进行x射线光谱分析,这将有助于深入了解反应本身。 Koralek认为,他们的研究表明,在不同的化学液体中,实际上可以出制造非常光滑平坦的界面,从而为光谱分析铺平道路。 在使用微流体喷嘴进行第一次测试中,他们只喷射了水,以测试光谱技术在流动液体薄片上的可行性。由此研究小组可以根据熟知水和光相互作用的性质来检验他们的结果。 尽管如此,他们仍然不确定该实验如何在多种液体中工作,所以在中心实验中,研究团队使用了三支喷嘴,其中两支喷油,一支喷水,反之亦然。当液体离开喷嘴时正好相遇,向外扇形形成一层薄薄的液体。 “我们最开始认为液体可能是横向分离的,所以可能一边是一种液体,另一边是另一种液体。但实际上,进行红外光谱分析时,我们惊讶地发现,在所有情况下,一种流体完全封闭在另一种流体中。也就是说,它总是一个完全被油层包围的水层,反之亦然。” 该团队还可以清楚地观察到到彩虹颜色的起伏图案,这说明水和油并没有混合到一起,而是具有清晰的分层。 现在他们已经确定了这种方法的有效性,该团队已经开始着手帮助其他科学家将多种液体的微流体方法应用到他们自己的实验中。这种方法多所需的设备成本较低,而且尺寸很小,容易操作,在x射线实验和电子显微镜中设置只需要几个小时,这使得广大研究人员可以轻松地地研究液体界面,Koralek提到。他相信,这项研究能够推进电池电化学等领域的研究,以提高存储能量和使用时间,迈出通往零碳经济道路上的关键一步。