維也納科技大學的科學家發現了一種以前人們所不知道的磁電效應,將在感應器、或磁盤這類數據存儲介質方面有著重要的應用。

電場和磁場密切相關。電線可以產生磁場,發電機使用轉動的磁鐵發電。然而,特定材料中的電磁特性卻以非常複雜的關係互相產生影響。一些晶體的電子特性會受到磁場的影響,反之亦然。科學家將這種聯繫稱為磁電效應(magnetoelectric effect)。

維也納科技大學的科學家從矽酸鑭鎵晶體上發現了一種全新的磁電效應。這種晶體含有鑭、鎵、矽和氧元素,以及鈥原子雜質。

固體物理研究所的皮梅諾夫(Andrei Pimenov)介紹說:「晶體是否產生磁電效應取決於晶體內部的對稱性。如果晶體是高度對稱的,也就是說,兩邊的形狀完全是一樣的,那麼理論上說,就不會產生磁電效應。」

他們發現矽酸鑭鎵晶體就是這樣。「這種晶體的結構是如此地對稱,不應該產生任何磁電效應。在弱磁場的情況下,的確沒有發現晶體的電子特性。但是,當我們增強磁場的時候,意想不到的情況發生了:鈥原子改變了它們的量子態,打破了晶體內部的對稱性。」

皮梅諾夫說,從純粹幾何角度來看,晶體仍然是對稱的,但是把原子的磁性考慮在內後,對稱性被打破,因此晶體的電極化隨著磁場出現改變。「極化是晶體內的正負電荷的相對位置出現一些偏移。使用電場這很容易實現,但是鑒於磁電效應,通過磁場也能實現。」

磁場越強,電極化越強。「極化和磁場強度之間大約是線性關係,這很正常。」皮梅諾夫說,「不可思議的是,極化和磁場方向之間,卻是顯著的非線性關係。只要稍微改變一點磁場的方向,極化可能完全顛倒。這是一種全新的、以前所不知道的磁電效應。也就是說,稍微一點轉動就可能讓磁場改變晶體的電極化。」「磁電效應在各種科技應用領域將扮演越來越重要的角色。這項實驗用的是磁場改變電子特性,下一步,我們將嘗試用電場改變磁場特性。從原則上說,兩者應該是一樣的。」

皮梅諾夫說,如果獲得成功,這對磁盤存儲數據技術是個飛躍。「現代電腦使用的磁盤,靠電磁線圈產生磁場,需要很多能量和時間。如果找到一種方式通過電場直接可以轉換固態存儲介質的磁性,那就實現了突破。」◇

 

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