自旋冰磁性材料開發 成大張烈錚團隊創里程碑

新網記者歸鴻亭台北特稿
2012/9/5 下午 05:53:25 / 科技新知

　工業上零電阻率的超導性材料，由成大主導的國際研究團隊，找到其他電流不耗損的自旋冰(spin ice)材料。

成功大學物理學系教授張烈錚領導的國際研究團隊，其他電流不耗損的自旋冰材料。(歸鴻亭攝影)

　磁鐵都是南、北兩極伴隨出現，不可能只有單一磁極存在。成功大學物理學系教授張烈錚領導的國際研究團隊，透過冷卻「焦鈦酸鐿」到0.21K（零下272.94℃），卻能觀察到磁單極從不穩定的狀態變成穩定。

　張烈錚表示，若嘗試將棒狀磁鐵鋸成兩半，只會獲得2塊磁鐵，每塊磁鐵都有磁南極與磁北極，，在被稱為自旋冰的磁性材料中，其4面體上的4個電子自旋(spin)會排列成「二進二出」的組態，當其中一個自旋被翻轉，就會產生激發的「磁單極」，並因為量子力學的交互作用，不再限制為只能夠進或出的時候，就成為「量子自旋冰」系統。

張烈錚表示，預期量子自旋冰中的鐵磁性可提供有效控制磁性元件的應用。(歸鴻亭攝影)

　換句話說，磁單極(Magnetic monopoles)不是以基本粒子的形式存在，而是以自旋冰的凝態物質系統形式存在。磁單極可以凝聚形成一個鐵磁態，而這個態可以視為磁單極通過一個希格斯機制(Higgs mechanism)所產生的超導態。

　張烈錚指出，材料具零電阻率的超導性已被應用於工業上，透過相類似的機制，預期量子自旋冰中的鐵磁性可提供有效控制磁性元件的應用，而使自旋電子學達到磁單極電流於傳遞過程中，無耗損的全新里程碑。

　這項研究成果已刊登在8月7日出刊的英國科學雜誌《自然通訊》（NatureCommunications）期刊，未來如能提升量子自旋冰材料的希格斯相變溫度至室溫，其應用將開創革命性的工業工程。