美国能源部阿尔贡先进光源（APS）实验室研究发现，一种含有重元素铱的氧化材料，受到铱5d层价态上的自旋轨道相互作用的控制，显示出非同寻常的性质。该研究成果发表在近期《物理评论快报》上。

　　该研究由阿尔贡APS国家实验室、肯塔基大学、橡树岭国家实验室以及北伊利诺伊州立大学联合开展，在APS的X射线科学分部用4-ID-D光束，对一种名为三氧化钡铱的多晶体进行了X射线吸收和磁环双色探测，在铱的5d层价态分析了电子自旋、轨道角动量和自旋轨道耦合。

　　研究人员本来认为，铱在5d层的电子波会和邻位有很强的重叠并“绑”在一起，再加上一个来自氧离子的强大晶体场围绕着铱离子，5d层电子的角动量和自旋轨道相互作用几乎会“被消灭掉”。这次研究却发现，5d层电子存在很大的轨道角动量，约是它们自旋角动量的3倍，由此在铱原子中形成很强的自旋轨道耦合。

　　由于固体性质由其组成原子的外层价电子所决定，如由相邻原子的电子云重叠而形成的晶体场等强相互作用。但当固体中自旋轨道相互作用力起重要作用时，就会显示出有趣的性质：如在含有稀土的永磁体材料中，位于4f层的电子引起的磁性，会被材料中相邻电子5d层和6d层的价效所屏蔽。它们的自旋轨道耦合时，自旋对称被打破，将4f层的磁性运动固定到特定的晶格方向，由此产生了很强的永磁效果。