http://www.physorg.com/news/2011-05-chameleon-magnets-ability-revolutionize.html
May 27, 2011
(PhysOrg.com) -- 是什麼讓一塊磁鐵成為磁鐵，我們如何控制一塊磁鐵的行為？這些是 Buffalo 大學研究者 Igor Zutic 的問題。他是一位理論物理學家，已經探索多年。
他是許多相信磁鐵能革新運算的科學家之一，那能構成高容量、低耗能記憶體、資料儲存以及資料傳輸裝置的基礎。
今日，在一篇 Science 的評論中，Zutic 以及夥伴 UB 物理學家 John Cerne，他透過實驗方式研究磁性，討論到一項令人振奮的進展：一項由日本科學家所完成的研究證明，有可能將某種材料的磁性開啟或關閉。
一種材料的磁性是由所有電子所呈現的特性來決定：某種稱之為「自旋」的東西。電子能有「上」或「下」自旋，而當某種材料內絕大多數的電子呈現出相同的自旋時，那種材料就是具有磁性。個別的自旋類似具有南、北二極的微小磁棒。
在這項日本研究中，那也出現在當期 Science 上，一個由東京大學研究者所領導的團隊將鈷（cobalt）加到二氧化鈦中（那是一種無磁性的半導體），從而創造出一種新材料，那如同變色龍般，能在室溫下從順磁性物質（paramagnet，一種無磁性材料）轉變成鐵磁性物質（ferromagnet，一種磁性材料）。
為了產生變化，研究者施加一電壓到材料上，使材料暴露在額外的電子下。如同 Zutic 與 Cerne 在其評論中的解釋，這些額外的電子 -- 稱為「載子（carriers）」 -- 是可移動的而且在固定的鈷離子間傳遞資訊，那導致鈷電子的自旋朝著同一個方向排列。
在一篇訪談中，Zutic 稱將磁性「開啟」或「關閉」的能力具有革命性。他說明，與傳統電子學對照下，這種磁基（magnet-based）或自旋基（spin-based）的運算技術 -- 稱為「自旋電子學（spintronics）」 -- 前途無量。
現代的電子小機件（gadgets）把資料像一幅 0 與 1 的藍圖一樣記錄與讀取，那在電路中是透過電子存在與否來呈現。處理資訊需要移動電子，那會耗能並產生熱。
自旋電子小機件，相對照下，利用電子的「上」與「下」自旋來儲存及處理資料，那能代表裝置讀取的 0 與 1。在資料處理中，進一步的節能改善可能會包含，藉由「翻轉（flipping）」自旋而非使電子在四周穿梭來處理資訊。
在他們的 Science 評論中，Zutic 與 Cerne 寫到，變色龍磁鐵能「透過，提供更聰明的硬體（那能為了特定任務的最佳表現而動態地再程式化），幫助我們製造用途更多的電晶體並使我們更接近記憶與邏輯的無縫整合。」
"施加強大的磁場能在半導體電晶體中強制自旋排列，" 他們血道。"利用變色龍磁鐵，這樣的排列將可以調整且不需要磁場，而這能夠革新順磁性物質在技術中扮演的角色。"
在一篇訪談中，Zutic 表示，施加電壓到一種摻雜鈷或其他磁性雜質的半導體上，也許只是創造出變色龍磁鐵的方法之一。
加熱或光到某種材料上也能有類似效應，自由電子接著能在離子間傳遞關於自旋排列的資訊，他說。
到目前為止難以捉摸的熱基（heat-based）變色龍磁鐵由 Zutic 首先在 2002 年提出。他與他的同事，South Dakota 礦業與技術學院的 Andre Petukhov，以及海軍研究實驗室的 Steven Erwin，在 2007 年的一篇論文中說明這種磁鐵的行為。
「當非磁性材料被加熱後，變的具有磁性」的概念違反了直覺，Zutic 說。科學家老早假定，有序的、磁性的材料被加熱時會失去其整齊的自旋排列 -- 正如同當溫度上升時，有序的、結晶狀的冰融化成無序的水一樣。
然而，「載子電子」是關鍵。因為加熱材料會引入額外的載子，那會導致鄰近電子採用排列好的自旋（aligned spins），加熱變色龍材料 -- 到一定溫度時 -- 實際上應能導致它們變得有磁性，Zutic 解釋。
※ 相關報導：
＊ Chameleon Magnets
http://www.sciencemag.org/content/332/6033/1040.summary
Igor Zutic and John Cerne
Science 27 May 2011: Vol. 332 no. 6033 pp. 1040-1041
doi: 10.1126/science.1205775
＊ Electrically Induced Ferromagnetism at Room Temperature in Cobalt-Doped Titanium Dioxide
http://www.sciencemag.org/content/332/6033/1065.abstract
Y. Yamada, K. Ueno, T. Fukumura, H. T. Yuan, H. Shimotani,
Y. Iwasa, L. Gu, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara, and
M. Kawasaki
Science 27 May 2011: Vol. 332 no. 6033 pp. 1065-1067
doi: 10.1126/science.1202152
＊ 研究：磁性在壓力下喪失
＊ 科學家獲得有磁性的金、銀、銅原子
＊ 鐵－氮化合物構成已知最強磁鐵
＊ 研究者探索鐵超導體的磁性
＊ 物理學家移除石墨原子創造出「碳磁性」
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