科研人員在解釋一種稀有磁性材料的罕見屬性上獲得了巨大突破，有可能為掌握一系列新技術(shù)打通路徑。從信息存儲(chǔ)到磁制冷，很多未來最有可能的創(chuàng)新都依賴于先進(jìn)的磁性材料，而這一新發(fā)現(xiàn)或?qū)㈤_啟磁性材料物理性能的方便利用之門。
這一工作由美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家依格納斯·杰瑞和康涅狄格大學(xué)教授杰森·漢考克共同領(lǐng)導(dǎo)，與阿貢國家實(shí)驗(yàn)室及日本的研究者合作完成，該成果在尋找滿足下一代多種技術(shù)要求的實(shí)用材料方面取得重大突破。相關(guān)論文發(fā)表在本周的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
40多年前日本科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)“近藤效應(yīng)”，意指含有極少量磁性雜質(zhì)的晶態(tài)金屬在低溫下出現(xiàn)電阻極小的現(xiàn)象。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)3月25日（北京時(shí)間）報(bào)道，研究人員此次研究的是一種叫做鐿銦銅合金（YbInCu4）的材料。該合金的磁性被認(rèn)為會(huì)隨著溫度的改變而產(chǎn)生獨(dú)特的轉(zhuǎn)換。在某種特定溫度下，其磁性消失了，而高于這個(gè)溫度則磁性大增。這種轉(zhuǎn)換曾經(jīng)讓物理學(xué)家困惑了數(shù)十年，現(xiàn)在終于得以破解。
電子能隙定義了電子在材料內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它是理解材料電磁性能的重要因素。“在電子光譜中有一種能隙，其能量轉(zhuǎn)換引發(fā)的近藤效應(yīng)會(huì)突然急劇增強(qiáng)。”杰瑞說，“我們的發(fā)現(xiàn)表明，量身定做的半導(dǎo)體能隙能用來控制工藝材料中近藤效應(yīng)和磁性，就像一個(gè)精巧方便的旋鈕。”
新研究使用了一種叫做共振彈性X射線散射（RIXS）的新技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)將阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和美國能源部的同步加速器產(chǎn)生的高強(qiáng)X射線束流聚焦到材料上，通過敏感測(cè)量和分析散射情況，能夠發(fā)現(xiàn)材料的電子能隙和與之相關(guān)的神秘磁性行為。通過研究溫度變化情況下的磁場(chǎng)變化，新技術(shù)可以用來開發(fā)出許多具有強(qiáng)磁熱效應(yīng)的新材料，其中有些材料的近藤效應(yīng)甚至可能在室溫下出現(xiàn)。
如果真的找到室溫下具有近藤效應(yīng)的材料，制冷技術(shù)將發(fā)生徹底革命。美國家用空調(diào)器占用了超過110億美元的能源成本，每年釋放1億噸二氧化碳。而利用磁熱效應(yīng)替代機(jī)械風(fēng)扇和泵進(jìn)行磁制冷，將會(huì)大幅度減少能耗和二氧化碳的排放。
除了對(duì)開發(fā)新技術(shù)具有潛在應(yīng)用價(jià)值，這一成果也大大促進(jìn)了研究水平。“我們開發(fā)的RIXS技術(shù)能夠應(yīng)用在其他基礎(chǔ)能源科學(xué)領(lǐng)域。”漢考克表示，這一成果出現(xiàn)得非常及時(shí)，或許在搜尋“拓?fù)浣俳^緣體”材料過程中很有用處，“理論上這種材料已經(jīng)被預(yù)測(cè)是存在的，但是在現(xiàn)實(shí)中尚未被發(fā)現(xiàn)。”
