Only Perception: 研究：磁性在壓力下喪失

2008-01-30

研究：磁性在壓力下喪失

Magnetism loses under pressure
http://www.physorg.com/news120842264.html

January 29, 2008

科學家發現磁鐵礦 -- 地球上最豐富的磁性物質 -- 的磁性強度，受到壓力時會大幅減少。來自於 Carnegie Institution 地球物理實驗室的研究者，協同 Argonne 國家實驗室 Advanced Photon Source 的同僚，發現當磁鐵礦接受 12 萬到 16 萬倍之間的大氣壓力施壓時，其磁性強度會降為一半。他們發現這種改變起因於所謂的電子自旋配對（electron spin pairing）。

磁力來自於磁性材料當中的未成對電子。磁石的強度是未成對電子的自旋以及自旋不同的電子如何與其他電子排列所產生的結果。該研究證實磁力的降低是因為未成對電子數量減少所致。

"少量的磁鐵礦可在某些細菌當中、某些鳥類與昆蟲，甚至是人類腦中發現，" Yang Ding（丁陽，音譯）評論道，該研究的第一作者再加上 Carnegie 所領導的High-Pressure Synergetic Consortium（高壓協同學聯盟，譯註：Synergetic，協同學，是指研究不同事物共同特徵與功能的新興學門。）"早期的飛行利用它來尋找磁北極，鳥類用它來導航。而現在它用於奈米科技。在其特性上有著強烈的科學興趣。了解磁鐵礦的行為相當困難，因為在其電子的複雜、在其電子的結構與磁力特性之中都有著強烈的交互作用。"

為了研究此礦物，研究者在 Advanced Photon Source（一處高能同步設施）開發並應用了一種新穎技術，稱為 X-ray Magnetic Circular Dichroism（X 光磁性圓偏振二向色性，XMCD）。當鑽石高壓砧（Diamond Anvil Cell，DAC）使某個樣本遭受幾十萬個大氣壓時，此技術利用高輝度（brilliance）圓形極化 X 光來探測磁鐵礦的磁性狀態。

研究者結合他們的實驗結果與理論性計算找到為何磁性強度會改變的原因。這項研究，即將在 2 月份的 Physical Review Letters 上發表，揭露礦物的鐵位置（iron sites）中，電子自旋的配置，是此現象的起源。

此發現不僅證明了壓力在磁力上的深刻效應，它也首度公開了壓力誘發自旋成對的轉變，導致電子遷移率與結構的改變。

"這項發現相當重要，" Ding 表示。"它促進我們對強電子交互作用（如磁鐵礦）物質的磁性、電子傳輸與穩定性之相關性的了解。"

※ 相關報導：

＊ Novel Pressure-Induced Magnetic Transition in Magnetite (Fe₃O₄)
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e045508

Yang Ding, Daniel Haskel, Sergei G. Ovchinnikov,
Yuan-Chieh Tseng, Yuri S. Orlov, Jonathan C. Lang, and
Ho-kwang Mao
Phys. Rev. Lett. 100, 045508 (2008)
doi:10.1103/PhysRevLett.100.045508