使用超导量子干涉装置在类晶体结构中发现独特的磁跃迁

一项突破性研究揭示了在类似于准晶体的特殊结构中存在独特的磁跃迁。

在材料科学领域，许多人听说过晶体，高度有序的结构，其中原子以紧密且周期性的方式排列（重复原子排列）。但是，了解准晶体的人并不多，准晶体是具有奇怪原子排列的独特结构。

像晶体一样，准晶体也排列紧密，但是它们的不同之处在于它们具有前所未有的五边形对称性，因此原子排列是高度有序的，而不是周期性的。这种独特的功能使它们具有独特的性能，例如高稳定性，耐热性和低摩擦性。自大约30年前发现以来，全球科学家一直试图了解准晶体的特性，以期在材料研究方面取得更大的进步。但是，这并不容易，因为准晶体本质上并不普遍。幸运的是，他们已经能够利用类似于准晶体的结构，称为“蔡氏近似”。

详细了解这些结构可以深入了解准晶体的许多特性。一种这样的性质是反铁磁性，其中磁矩以准周期性排列，与传统的反铁磁性显着区别。迄今为止，在准晶体中从未观察到这种特性，但是对于材料科学家而言，这种可能性令人兴奋，因为它可能是通往大量新应用的门户。

在《物理评论》 B发表的一项新研究中：由田村隆二教授率领的东京科学大学的一组科学家Rapid Communications首次发现一种Tsai型近似物表现出反铁磁跃迁。这是一个令人兴奋的发现，因为它暗示甚至准晶体也可能显示出这种过渡。科学家已经知道Tsai型近似值有两个不同的变体：1/1和2/1近似值。两者之间的主要区别在于2/1近似结构在其结构中包含一个额外的菱面体单元，而在1/1类型中则不存在，这使它们甚至更有序且更接近准晶体的结构。并且，这就是为什么科学家想要查看2/1个近似值可以显示反铁磁性的条件的原因。它创造了即使在准晶体中也能看到这种新特性的可能性。

田村教授说：“已经在1/1近似中观察到反铁磁跃迁，但我们首次在2/1近似中观察到它。这很有趣，因为与1/1近似不同，2/1近似包含构造准晶体所需的所有成分。”

为了更仔细地研究2/1近似值的磁性，科学家合成了具有晶体结构的金属合金，其中包含1/1和2/1近似值。通过使用一种称为超导量子干涉装置（SQUID）的装置，他们研究了近似值显示出不同磁特性的条件。有趣的是，他们发现，单个参数指示两种类型的近似值中都存在反铁磁性。这是每个原子的电子比率，在两种类型中略有不同。通过操纵电子/原子比，田村教授和他的团队看到了两种近似值都向反铁磁态“转变”。此属性以前在1/1类型中见过，但从未在2/1近似中见过。这是一个令人振奋的发展，因为2/1近似值的高度有序结构意味着可以将其用于生成准晶体，这使其成为第一个显示反铁磁准晶体可能性的研究。田村教授详细阐述了他们的发现，他说：“我们首次成功观察到了同一合金系统中1/1和2/1原子力显微镜近似的反铁磁跃迁。”他补充说：“我们的发现清楚地表明，反铁磁阶在2/1高阶近似中仍然存在，它具有创建准晶体的所有构造要素。”

准晶体的重要性是众所周知的，例如在诸如煎锅和针头的常规应用中。但是，鉴于它们的最新发现，对于使它们如此独特的原因还知之甚少。通过展示类准晶体结构中反铁磁性的存在，田村教授和他的团队可能为准晶体研究的更大发展铺平了道路。田村教授总结说：“以前从未见过反铁磁准晶体，这一发现具有重大的学术影响。”他补充说：“反铁磁准晶体存在的可能性是朝着破解准晶体之谜迈出的一大步。”

###

参考：吉田S.铃木S.铃木S.山田T.藤井T.藤井A.石川R.田村R.快速通讯.DOI：
10.1103 / PhysRevB.100.180409

Ryuji Tamura博士是日本东京科学大学材料科学与技术系的教授。作为一位受人尊敬的资深研究员，他拥有140多种研究出版物。他还是本研究的通讯作者。他的主要兴趣领域包括对超材料的研究，例如准晶体和近似材料。

这项研究由Kakenhi创新领域科学研究补助金资助：“超材料：超空间材料科学的创新，首席研究员：教育，文化，体育，科学和技术部在2019-23财政年度颁发的“ Ramuji Tamura教授”（授权号JP19H05818）。