Only Perception: 物理學家發現「磁環效應」

2011-09-27

物理學家發現「磁環效應」

Physicists discover 'magnetotoroidic effect'
http://www.physorg.com/news/2011-09-physicists-magnetotoroidic-effect.html

By Lisa Zyga, September 26, 2011

(PhysOrg.com) -- 多年來，科學家已知有關電磁效應的事，其中，電場能誘發並控制磁場，反之亦然。在此效應中，電場總是均勻的（homogeneous）。現在，科學家發現，捲曲的（curled）電場也能用來控制磁場，構成一種他們稱之為「磁環效應（magnetotoroidic effect）」的新奇現象。

"在一均勻電場中，電場在各處都是一種常數，那因二塊金屬電容板上相反的靜電荷而產生，" Arkansas 大學的 Wei Ren 表示。"在另一方面，根據 Maxwell-Faraday 方程式，隨時間變化的磁場也能誘發一電場，那具有捲曲的形狀。然而，這樣的捲曲在均勻電場中為零。"

在他們的研究中，Ren 與共同作者 L. Bellaiche（也來自 Arkansas 大學），已完成原子模擬，證實了這種新效應的存在，那先前曾在理論中被預測過。他們的結果發表在最近一期的 Physical Review Letters 上。

在他們的模擬中，研究者施加一捲曲電場到氧化鐵鉍（bismuth iron oxide，BFO，那具有磁性）製成的奈米點上。他們發現，藉由調整量化捲曲電場之向量的大小與方向，他們能控制奈米點磁化的程度與方向。

該模擬亦揭露，此效應源於三種不同成份間的交互作用：磁偶極（magnetic dipoles）、電渦流（electric vortices）以及（來自 BFO）的氧八面體傾斜（oxygen octahedral tilts）。當使用捲曲電場來控制奈米點的磁化時，研究者發現，該過程涉及某些奇特的中間態。例如，其中一種狀態的組成是：成對電渦流與單一反渦流共存。

"我們有某些發現相當驚人且在意料之外，" Ren 說。"在鐵電材料中，渦流對與反渦流的共存，前所未聞，不過那現在是鐵磁性研究領域中一種超級有趣的狀態。"

此一對磁環效應的理解，能使科學家利用電場對磁性做更好的控制，那可能具有各種實際應用。在他們的論文中，科學家提到開發具空前儲存密度之新記憶裝置的可能性。

"MT 效應在磁序的場誘發控制（field-induced controlling of magnetic orders）、鐵電渦流的切換，以及氧八面體傾斜的調控中也許能找到許多應用，" Ren 表示。"更重要的是，多虧奈米科學與工程（nanoscience and engineering）的迅速發展，此效應可將蓬勃發展的電磁研究導向某些新的領域。"

※ 相關報導：

＊ Prediction of the Magnetotoroidic Effect from Atomistic Simulations
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.127202