Iron-nitrogen compound forms strongest magnet known
http://www.physorg.com/news188458077.html
By Lin Edwards, March 22, 2010
(PhysOrg.com) -- 一群來自 Minnesota 大學的科學家表示，Fe16N2 結晶體的磁性比先前已知磁性最強的材料還要更強，而且它的磁力超過針對某一材料所預測的磁力極限。
磁性源自於材料中自旋的電子，而每個電子如同微小的磁鐵，其磁場與自旋軸一致。在絕大多數的原子中，電子不是「自旋向上」就是「自旋向下」，但是當絕大多數的電子朝相同方向自旋時，該材料將變得具有磁性。以鐵為例，在某方向上的自旋比其他方向多四個以上。
在更複雜的材料中，理論則為：當這些個別的原子合併在一起時，會形成如河流般的電子雲能帶（bands of electron clouds）。每種能帶包含只朝某方向自旋的電子，而此材料的磁力則由每種能帶數量間的差異所決定。利用此理論，科學家預測鐵－鈷應為磁性最強的材料。
一群來自 Minnesota 州雙城市的材料物理學家，由 Jian-Ping Wang 所領導，發現一種由 16 個鐵原子以及 2 個氮原子所組成的材料，所擁有的磁性比所預測的還要多將近 18% 以上。此化合物 X 光分析的發現證明，六個鐵原子繞著每一個氮原子成簇，同時有二個以上的鐵原子位於二原子簇（clusters）間。研究者表示，在這些原子簇之間流動的電子，作用如同它們在原本的鐵中所做的一樣，但在這些原子簇中，電子傾向局域化（localized），而這增強磁性。
Wang 表示，Fe16N2 在 1972 年就曾被提到具有超強磁性，而這由 1990 年代的 Hitachi（日立）研究者所支持，不過這些發現不被晚近研究者認可。Fe16N2 屬於亞穩態而且有形成其他結晶結構的傾向，在量大的狀況下要評估這種材料真的為 Fe16N2 會益加困難。不同於先前的研究，目前這項研究利用 X 光磁圓二色性（magnetic circular dichroism）來測量磁化強度。這種技術直接偵測局域化的電子，也因而在體積效應（volume effects）上較早期方法不敏感。Wang 以及該團隊也進行模擬，展現局域化電子如何合併，對此 Wang 表示："使整個局面團結一致。"
如果這種磁鐵能商業化製造，它們能使電腦製造商使用更小的讀寫頭，進而容納更多資訊。這些發現在 American Physical Society 本月份的會議中報告。
更多資訊：http://adsabs.harvard.edu/abs/2010APS..MART33003W
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