博科园：本文为物理学类
物理学家在铀化合物中发现一种新磁铁！这种化合物名为USb2(铀和锑的化合物)，是一种所谓的“单磁体”，它的新颖之处在于，它产生磁性的方式与科学家已知的任何其他磁体都完全不同。电子是带负电荷的粒子，它们产生自己的微小磁场。这些场有一个“北”极和“南”极，这是自旋量子力学性质的结果。在大多数物体中，这些磁场指向随机的方向，相互抵消。(这就是为什么你的身体不是一块巨大的磁铁。)但在某些材料中，这些场是对齐的。当这种情况发生时，它们会产生一个强大的磁场，足以使一堆铁锉四处移动，或者使指南针指向北方。几乎宇宙中所有已知的磁铁都是这样的，从你的冰箱和磁共振仪上的磁铁到地球本身的磁性。
博科园-科学科普：但是新发现基于单片机的磁铁机制方式完全不同。USb2和其他很多物质一样，它里面的电子不倾向于将磁场指向同一个方向，所以它们不能通过它们的联合磁场强度产生磁性。然而，USb2中的电子可以共同作用形成量子力学的物体，称为“自旋激子”自旋激子不像你在物理和化学课上学到的普通粒子：电子、质子、中子、光子等等。相反，它们是准粒子，在我们的宇宙中，这些粒子不是离散的物体，但当一组物理粒子开始以奇怪的方式一起作用时，它们的行为就像这样。自旋激子来自于电子群的相互作用，当它们形成时，就产生了磁场。
- 铁屑聚集在环形磁铁及其磁场周围。图片：Lawrence Lawry/Getty Images
根据负责USb2发现的研究人员发表的一份声明，物理学家长期以来一直怀疑，自旋激子群可能以相同方向的磁场聚集在一起。他们称这种效应为“基于单一的”磁力。这种现象之前在超冷实验环境中被证明是短暂的、脆弱的闪光，而在超冷的实验环境中，量子力学的奇异物理现象往往更为明显现在，物理学家第一次证明了这种磁铁可以在超冷环境之外以稳定的方式存在。研究人员在2019年2月7日发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的论文中表示：在这种名为USb2的化合物中，磁场在一瞬间形成，然后几乎同样迅速地消失。
- 在单线态磁体中，磁场不是由一大堆无序的磁场突然排列而形成，而是由于存在粒子中出现了一种新的磁场。图片：Lin Miao, NYU's Department of Physics
在正常情况下，铁棒中的磁矩逐渐对齐，磁化和非磁化状态之间没有明显的过渡。在单磁体中，状态间的跳跃更为剧烈。自旋激子通常是暂时的物体，当它们聚集在一起时就变得稳定。当这些簇形成时，它们开始级联。就像多米诺骨牌倒下一样，自旋激子迅速而突然地充满整个物质，并彼此排列，这就是在USb2中发生的事情，研究人员在声明中写道：这种磁铁的优点是，它在磁化和非磁化状态之间翻转比普通磁铁容易得多。考虑到许多计算机依赖于来回切换磁体来存储信息，有一天基于单件的设备可能会比传统磁体设置运行得更高效！
博科园-科学科普｜参考期刊文献:《Nature Communications》
文: Rafi Letzter/Live Science
DOI: 10.1038/s41467-019-08497-3
博科园-传递宇宙科学之美
閱讀更多 博科園 的文章
