中子有助於揭開鐵物質的神秘性

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】在電子設備中使用的材料通常被選擇，因為它們具有特殊的磁性或特殊的電性能。然而一個使用中子散射的國際研究小組最近發現了一種兼有兩者的稀有材料。在他們發表在《高級材料》雜誌上的論文中，包括能源部(能源部)橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員在內的研究小組展示了這種獨特的婚姻是如何在多鐵材料BiMn3Cr4O12中實現的。許多材料只知道一個特性的磁性或電性質，或具有改變形狀的能力，但是多鐵元素包含這些屬性的一些組合。Multiferroics通常分為兩類：常規(type-1)和非常規(type-2)。傳統的多鐵主要由電力控制，與磁性的相互作用微弱。相反非常規的多鐵是由磁性驅動的，並表現出強烈的電相互作用。

一種新發現的材料，稱為BiMn3Cr4O12，由晶體結構表徵，具有罕見的磁性和電性結合。箭頭表示黃色和錳(Mn)中的元素鉻(鉻)在藍色中的旋轉力矩。研究這種材料的行為可以提高技術和信息存儲方面的應用。圖片版權：Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences/Youwen Long

ORNL研究員Huibo Cao說：發現了一個有趣的聯合多鐵性的例子，這意味著傳統的和非常規的多鐵性在相同的材料中發展了一個，多鐵是如此理想的一個原因是它們的雙重特性可以相互結合，例如提供電控磁性或磁性控制的電學特性。研究人員說，更好地理解這些多功能材料的行為方式可能會導致新設備信息存儲和功率性能的顯著提高。例如兩種多鐵結構優化組合的材料可以作為有效的開關、磁場感測器和存儲設備。通過這種材料看到了超越典型的多鐵應用範圍的潛力，並對各種實際工程產生重大影響。這些見解也可以作為幫助研究人員開發包含這種混合屬性的相似材料的基礎。

ORNL研究員Stuart Calder說：這種稀有物質的存在，以及尋找其他物質的能力，為未來的研究和發展提供了新的令人興奮的可能性。中子是研究這些材料磁性的最合適的探針，並提供了不同類型的多鐵行為的區別。由於中子沒有電荷，它們可以很容易地檢查複雜樣品環境中的晶體結構行為，例如壓力細胞。與此同時具有自旋和像磁鐵一樣的行為能力，使它們成為研究磁性的理想對象。通過將樣本暴露在不同的溫度、磁場/電場和壓力下，研究人員可以觀察到原子結構和磁性材料對環境因素的反應以及相互之間的反應，從而進一步指導新材料的設計。

該研究小組在ORNL的高通量同位素反應堆(HFIR)中進行了中子散射測量，這是一個科學用戶設施的能源部辦公室。利用中子粉末衍射儀HFIR beamline HB-2A，他們確定了材料的磁結構與鐵電極化的關係，這是原子單元中正電荷和負電荷之間的微小分離，構成了晶體結構。通過中子，我們可以看到這些磁性結構是如何被命令的，以便更好地理解不同類型的多鐵，我們正開始解決圍繞這些材料的一些謎團。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Advanced Materials

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：橡樹嶺國家實驗室

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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