我們這個高速的世界不斷需要新方式處理和存儲信息。幾十年來，半導體和磁性材料一直是數據存儲設備的主要組成部分。然而，近年來，研究人員和工程師轉向了鐵電材料，這是一種可以用電操縱的晶體。
2016年，由于科學家發現了鐵電體結構中的極渦（本質上是螺旋形原子群），鐵電體研究變得更加有趣。現在，由美國能源部阿貢國家實驗室領導的一組研究人員，發現了這些漩渦行為的新見解，這些見解可能是將它們用于快速、通用的數據處理和存儲的第一步。
這些材料中原子群的行為有什么重要的？一方面，這些極渦本身就是有趣的新發現，即使它們只靜止不動。另一方面，作為《自然》封面故事發表的這項新研究揭示了它們是如何移動的。研究人員表示，這種新型的螺旋形原子運動可以誘導發生，也可以操縱。對于這種材料在未來數據處理和存儲設備上的潛在應用來說，這是個好消息。
“雖然單個原子的運動可能不是太令人興奮，但這些運動結合在一起就創造出了一些新的東西，它可能具有我們以前無法想象的能力。”阿貢國家實驗室物理學家Haidan Wen說。
這些漩渦確實很小——大約5到6納米寬，比人類頭發的寬度小數千倍，或者是單鏈DNA的兩倍寬。然而，它們的動態在典型實驗室環境中是看不到的。它們需要通過施加一個超快電場來激發。
之前，借助先進光子源，研究人員能夠使用激光創造一種新的物質狀態，并通過x射線衍射獲得其結構的全面圖像。
這次，使用一種由加州大學伯克利分校的Ramamoorthy Ramesh和Lane Martin設計的新型鐵電材料，該團隊能夠通過太赫茲頻率的電場激發一組原子進行旋轉運動，這個頻率大約是手機處理器的1000倍。他們能夠在飛秒時間尺度捕捉到這些自旋的圖像。一飛秒是千萬億分之一秒。
在如此高的精確度下，研究小組發現了一種他們以前從未見過的新型運動。
研究人員表示，盡管理論學家對這種運動很感興趣，但在這個實驗完成之前，極渦的確切動力學性質仍然模糊不清。該發現幫助理論學家完善了模型，為實驗觀察提供了微觀視角。
這一發現還提出了一系列新的問題，需要進一步的實驗來回答，而APS和LCLS等光源的計劃升級將有助于進一步推動這一研究。目前正在建造的LCLS-II將把它的x射線脈沖從每秒120萬次增加到每秒100萬次，使科學家能夠以前所未有的精度觀察材料的動態。
相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03342-4
下一篇：神舟十二號任務船箭運抵酒泉
【免責聲明】本文轉載自網絡，與科技網無關。科技網站對文中陳述、觀點判斷保持中立，不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考，并請自行承擔全部責任。