http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-12-25
本报讯 (记者常丽君)据美国物理学家组织网12月19日(北京时间)报道，西班牙卡特兰纳米技术研究院研究人员称，他们在一项最新发现中首次观察到了磁振子拖曳。这一发现结束了科学家50年来追寻独立热电效应的历程，对研究能量转化应用、开发自旋信息传输新途径也具有重要意义。相关论文发表在12月18日《自然·材料学》杂志网站上。
热电效应能帮助人们在纳米尺度管理热量，利用热量流动来操控自旋信息。随着信息技术的发展，自旋电子学中的热电效应越来越受到人们关注。上世纪50年代首次发现热电效应，在固体中，当电子经过原子，其电荷就会改变附近的晶格结构，产生波动；反过来，晶格波动也会影响电子运动，就像海浪推动一个冲浪运动员在滑行。这种相互作用导致的热电效应其实是一种声子拖曳效应。此后不久，科学家预言在磁性材料中也存在类似现象：磁振子拖曳。
在铁磁体中，自旋保持着平行的方向。如果发生了紊乱，就会产生自旋波影响电子运动，因此磁振子流(自旋波量子)也会拖动电子。研究人员解释说，尽管这和声子拖曳很相似，但要观察磁振子拖曳却非常困难。主要原因是声子拖曳太显著，把磁振子拖曳和声子拖曳区别开非常困难。多年来，科学家只报道过一些间接证据。
为此，研究人员设计了一种特殊设备来分开磁振子拖曳和其他热电效应。这种设备类似一种温差电堆，在冷热源之间以热并联电串连的方式排布大量成对的铁磁线，通过控制成对铁磁线中的磁方向，来分离电子和声子拖曳的热电效应，独立研究磁振子拖曳。
论文指出，检测结果作为温度的函数，显示出磁振子拖曳效应服从磁振子和声子总体变化。这一信息对理解电子—磁振子相互作用、磁振子动力学和热自旋传输的物理机制非常关键。
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科学研究常被人冠名以“有钱有闲”的爱好。50年前人们对于磁振子拖曳研究的评价兴许也与此类似。如今，随着纳米材料研究向应用领域的推进，热电效应和磁振子拖曳成为在纳米尺度控制热量产生和传输的重要工具。从这个角度看，美国科学家的新发现真是恰逢其时。所以不必对科学家们发现和描述世界规律的追求目标感到虚无缥缈。因为没了这“有钱有闲”的爱好，再美好的设想也只能停留在科幻小说中。
[科技日报]