新型“超原子”兼具電性和磁性

美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種性能穩(wěn)定的新型“超原子”，是由個(gè)鐵原子和8個(gè)鎂原子集結(jié)而成的原子簇，具有令人不可思議的磁性?？茖W(xué)家們認(rèn)為，電性和磁性兼?zhèn)涞倪@種超原子可用來組裝分子電子設(shè)備，從而為下一代處理器、存儲(chǔ)器和量子計(jì)算機(jī)的研制奠定基礎(chǔ)。

弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的物理學(xué)教授施夫·漢納領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了該超原子。他們在《美國國家科學(xué)院院刊》上報(bào)告稱，不具有磁性的鎂元素在新型超原子中被鐵原子磁化，也擁有了磁性。新的超原子擁有一個(gè)磁矩，其大小為4玻爾磁子，大約為固體磁鐵中鐵原子磁矩的兩倍。磁矩是該原子簇磁強(qiáng)度的衡量指標(biāo)。盡管元素周期表中有00多種元素，但在固態(tài)下表現(xiàn)出磁性的只有9種。“我們的研究找到了一種新方法，通過控制不具有磁性的元素同單個(gè)具有磁性的原子的結(jié)合，讓本身不具有磁性的元素?fù)碛写判浴?rdquo;漢納說。

該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原子簇?fù)碛?個(gè)鎂原子時(shí)，其充滿電子的殼層與未填滿的殼層幾乎*分離，從而獲得非凡的穩(wěn)定性。當(dāng)一個(gè)原子的zui外層被填滿并且與未填滿的殼層分開時(shí)，該原子處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)，惰性氣體的原子就是如此。

這種兼具磁性和導(dǎo)電性的超原子將在分子電子設(shè)備領(lǐng)域大展拳腳。分子電子設(shè)備是用單個(gè)分子、超分子或分子簇代替硅基半導(dǎo)體晶體管等固體電子學(xué)元件來組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計(jì)算機(jī)。分子設(shè)備使具有特定自旋方向的電子能流動(dòng)，可以用于量子計(jì)算機(jī)中?；蛟S未來據(jù)此組裝出的分子設(shè)備能用來更緊密的集成設(shè)備、數(shù)據(jù)處理速度更快的存儲(chǔ)器乃至量子計(jì)算機(jī)等。

新的超原子還會(huì)優(yōu)先使朝特定方向自旋的電子遍及整個(gè)原子簇，漢納團(tuán)隊(duì)正在對新的超原子的集合進(jìn)行研究。他表示，將超原子集合在一起或許可以用于自旋電子設(shè)備——使用電子自旋來合成新的存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理過程。