新型“超原子”兼具电性和磁性

2011-6-10 10:02 来源: 中国科学院
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  美国科学家发现了一种性能稳定的新型“超原子”,是由1个铁原子和8个镁原子集结而成的原子簇,具有令人不可思议的磁性。科学家们认为,电性和磁性兼备的这种超原子可用来组装分子电子设备,从而为下一代处理器、存储器和量子计算机的研制奠定基础。

  弗吉尼亚联邦大学的物理学教授施夫·汉纳领导的团队发现了该超原子。他们在《美国国家科学院院刊》上报告称,不具有磁性的镁元素在新型超原子中被铁原子磁化,也拥有了磁性。新的超原子拥有一个磁矩,其大小为4玻尔磁子,大约为固体磁铁中铁原子磁矩的两倍。磁矩是该原子簇磁强度的衡量指标。尽管元素周期表中有100多种元素,但在固态下表现出磁性的只有9种。“我们的研究找到了一种新方法,通过控制不具有磁性的元素同单个具有磁性的原子的结合,让本身不具有磁性的元素拥有磁性。”汉纳说。

  该研究团队还发现,当原子簇拥有8个镁原子时,其充满电子的壳层与未填满的壳层几乎完全分离,从而获得非凡的稳定性。当一个原子的最外层被填满并且与未填满的壳层分开时,该原子处于一种稳定的状态,惰性气体的原子就是如此。

  这种兼具磁性和导电性的超原子将在分子电子设备领域大展拳脚。分子电子设备是用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件来组装逻辑电路,乃至组装完整的分子计算机。分子设备使具有特定自旋方向的电子能流动,可以用于量子计算机中。或许未来据此组装出的分子设备能用来制造更紧密的集成设备、数据处理速度更快的存储器乃至量子计算机等。

  新的超原子还会优先使朝特定方向自旋的电子遍及整个原子簇,汉纳团队正在对新的超原子的集合进行研究。他表示,将超原子集合在一起或许可以用于制造自旋电子设备——使用电子自旋来合成新的存储设备和数据处理过程。