http://www.physorg.com/news/2011-06-superatoms-magnetic-shells.html
June 8, 2011
Virginia Commonwealth 大學的科學家團隊發現一種新的「超級原子（superatoms）」 -- 穩定的一簇原子，可仿效週期表上不同的元素 -- 具有不尋常的磁力特性。
這種超級原子由磁化的鎂原子所組成，這種元素傳統上被視為不具磁性。鎂的金屬特性再加上被灌注的（infused）磁性，有朝一日為了速度更快的次世代處理器、更大的記憶儲存以及量子電腦，也許能用來創造分子電子學。
該團隊在一篇發表於 PNAS 早期線上版的研究中報告，這種新發現的原子簇由一個鐵原子以及八個鎂原子構成，表現如同微小的磁鐵，其磁力強度衍生自鐵原子與鎂原子。結合單元的磁力強度與單個鐵原子相符，同時優先讓特定自旋方向的電子散佈到整個原子簇。
透過一系列精巧的理論性研究，Shiv N. Khanna, Ph.D.（VCU 物理系 Commonwealth 教授）以及他的團隊檢查這種原子簇的電力與磁力特性。團隊成員包括講師 J. Ulises Reveles 以及博士後助理 Victor M. Medel（均來自 VCU）；A. W. Castleman Jr., Ph.D.（Evan Pugh 化學與物理教授以及 Penn State 化學系的 Eberly 特聘科學講座教授）；還有來自印度 Allahabad，Harish-Chandra 研究所的 Prasenjit Sen 與 Vikas Chauhan。
"我們的研究開啟了一種新方法，透過與單個磁性原子相關的控制，能在非磁性元素中注入磁力特性。當我們將多個單元放在一起時，一個重要的目標是發現，什麼樣的原子結合將導致穩定的種類，" Khanna 說。
"磁性與傳導屬性的集合亦值得想望。鎂是一種優良的電導體，因此，超級原子綜合了磁力特性以及易透過其外層傳導的優點，" 他說。
該團隊發現，當原子簇有八個鎂原子時，由於被填滿的電子殼層與未被填滿的殼層相距甚遠，因而它獲得了額外的穩定性。當一個原子最外面的殼層全滿而且遠離未被填滿的殼層時，一如在惰性氣體原子中所見，它處於一種穩定的配置下。 Khanna 表示這樣的現象通常發生在成對電子，那是非磁性的，不過在這項研究中，磁性電子殼層則展現出它的穩定性。
根據 Khanna 表示，新原子簇的磁矩（magnetic moment）有四波耳磁元（ Bohr magnetons，磁元亦翻成磁子），那幾乎是緻密鐵質磁鐵中一個鐵原子的二倍。磁矩是原子簇磁力強度的度量。雖然週期表上有超過百種元素，不過只有九種在固態下展現出磁性。"一種組合，像我們在此所創造出來的，就能導致「分子電子學（molecular electronics）」這個領域的顯著發展，在這裡，這樣的裝置允許電子以特定的自旋方向流動，那是量子電腦那樣的應用所想要的。我們也預期這些分子裝置也許能協助製造更密集的整合式裝置，具有更高的資料處理速度以及其他優勢，" Reveles 說。
Khanna 以及它的團隊在新超級原子的組裝中進行了主要研究，而且還完成某些有希望的觀察，那在自旋電子學中有所應用。自旋電子學是一種過程，為了記憶與資料處理，利用電子自旋來合成新裝置。
※ 相關報導：
＊ Hund's rule in superatoms with transition metal impurities
http://www.pnas.org/content/early/2011/05/27/1100129108.abstract
Victor M. Medel, Jose Ulises Reveles, Shiv N. Khanna,
Vikas Chauhan, Prasenjit Sen, and A. Welford Castleman
PNAS, Published online before print June 6, 2011,
doi: 10.1073/pnas.1100129108
＊ 搞亂週期表的超級原子
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