纽约大学物理学家团队近期在铀和锑的化合物 USb2 中发现一种新型磁铁，与现有已知的磁铁不同，这种“单重态磁铁”（singlet-based magnetism）能够快速在磁化、非磁化状态之间变化，在持续研究下，未来或有望用来提高电脑的数据储存能力。
带负电的粒子（即电子）会产生微小磁场，在大多数物体中，这些磁场指向随机方向并相互抵消，但在某些材料中，这些粒子方向会变得一致并产生够强大的磁场，足以移动一堆铁屑或使指南针指向北方。从冰箱磁铁到地球本身的磁力，几乎所有已知的磁铁都是以这种方式运作，但团队发现的这种单重态磁铁则是以完全不同的形式运行。
就像许多其他物体一样，USb2 内部的电子不倾向于将磁场指向相同方向，因此并不能透过彼此磁场强度的组合来产生磁性，但 USb2 中的电子可以共同工作，形成被称为“自旋激子”（spin excitons）的量子力学物体，这种准粒子（quasiparticles）在适当的温度下会相互黏着，并暂时形成一个对齐的磁场。
▲ 在常见的磁性材料（左）中粒子的磁矩会试图与周遭对齐，而在基于单重态的材料中（右），不稳定的磁矩会瞬间闪现，并且以对齐的形式相互黏着。（Source：NYU）
这并不是科学家第一次尝试制造单重态磁铁，数十年来科学家已经进行过多次尝试，但过去制造类似磁铁的所有尝试都是在极低温度下进行实验，这种情况也使得研究者难以确认材料是否能成为磁铁，或者更深入去研究它们。
相较之下，纽约大学团队打造的铀化合物在约 -70°C 时变得有磁性，较过往所有实验制造的磁体温度高出数百度，除了首次证明单重态磁铁可以在过冷环境之外以稳定的方式存在，团队也得以用可行的方式在微观层面对其进行研究。
相较其他磁铁是随着温度降低缓慢转变，单重态磁铁在磁化和非磁化状态间转换的速度更快且更容易，研究人员 Andrew Wray 认为，这对数据储存技术的进步十分有利。“对于数据储存来说，你会希望它很有效，但又不希望花费太多能源来达成，才能让使用者轻松写入新讯息。”
以目前来说，由于材料是以放射性铀制成，这项研究目前还没有准备好实际应用到电脑硬件中，但团队认为这是迈向成功的第一步，未来将有望在其他更适合的材料上实现这种单重态的磁性。
这项研究已经发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。
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（首图来源：shutterstock）
