Only Perception: 首度在費米子氣體中觀察到磁性

2009-09-22

首度在費米子氣體中觀察到磁性

Magnetism observed in gas for the first time
http://www.physorg.com/news172415470.html

September 17th, 2009

(PhysOrg.com) -- MIT 科學家首度在一種原子氣體中觀察到鐵磁性（ferromagnetism），解決了一個數十年的老問題：氣體能否展現出鐵、鎳磁鐵那樣的特性。更明確的說，該團隊在冷卻至高於絕對零度一千五百億分之一 Kelvin 的鋰原子氣體中觀察到鐵磁反應。

該團隊使用鋰-6同位素，那由三個質子、三個中子與三個電子所組成。因為組成數量很奇怪，故鋰-6是一種費米子（fermion） -- 這類奇特粒子擁有半整數自旋 -- 而且特性類似電子。因此，鋰原子能用來模擬電子的行為。

數十年來，科學家們都在爭論，氣體或液體的費米子（那不在週期性結晶體 (periodic crystal) 之中）原則上是否可能變成鐵磁物質。這項 MIT 研究顯然對此問題提供一種令人信服的肯定回答。

"有件事毫無疑問：我們得要有一項重要發現，那將促進我們對於磁性的了解，" Ketterle 說，MIT 物理學教授，同時也是這篇論文的通訊作者。說得更白，磁性物質在資料儲存、奈米科技與醫療診斷中有重要應用。

這個 MIT 團隊使一團超冷鋰原子受陷在一道紅外線雷射光束的焦點上。當他們逐漸增加原子之間的斥力時，他們觀察到數種特徵，那指出這氣體已變成鐵磁物質。

這朵原子雲首先變得更大接著突然收縮。當原子從這個捕捉器（trap）中釋出時，它們突然更快速地擴展。對鐵磁態的相變而言，這以及其他觀測與理論的預測相符。

若經證實，這項 MIT 成果也許會列入磁學的教科書中，證明費米子的氣體不需要結晶狀結構就能變成鐵磁物質。

"證據相當強烈，" Scott Pritchard，MIT 物理學教授，同時也是研究作者之一表示。"不過那仍非灌籃得分。我們還不能研究出為何原子會全都指向同樣方向。它們開始形成原子，而且也許沒有足夠時間來排列它們自己。"

※ 相關報導：

＊ Itinerant Ferromagnetism in a Fermi Gas of Ultracold Atoms
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/325/5947/1521

Gyu-Boong Jo, Ye-Ryoung Lee, Jae-Hoon Choi,
Caleb A. Christensen, Tony H. Kim, Joseph H. Thywissen,
David E. Pritchard, Wolfgang Ketterle
Science 18 September 2009: Vol. 325. no. 5947, pp. 1521 - 1524
doi: 10.1126/science.1177112