最近,多伦多大学量子物理团队在《物理评论快报》发了个成果:用光“照”出一种藏在材料里、平时看不见的磁性——八极磁序。

听着玄。说白了,它关系到下一代存储器和量子计算机,数据到底怎么写、怎么读。

你熟悉的磁铁只有两极:北极、南极。冰箱贴能吸门上,靠的就是这个。

可有些材料内部的磁性排列远比两极复杂。八个极、八个方向互相咬合、彼此抵消。从外面看,这块材料“好像没磁性”。最灵敏的磁强计去量,读数几乎为零。

麻烦就在这儿:看不见的东西,没法研究,更没法用。

多伦多团队换个角度——不去摸磁性,去听“动静”。

晶体里的原子不是钉死的,一直在微微振动。量子化后,振动可以看成一包一包的能量,叫“声子”。你就把它理解成固体内部一直在响的“背景音”。

他们发现,一旦八极磁序出现,某些振动会带上“左右手”性质。就像左手和右手,看着是镜像,但怎么转都重合不上。

于是用一束旋转的光照过去,看到了这个“手性指纹”。磁性没露脸,影子露出来了。

过去做不到,是因为这种磁性对外不显磁。常规中子散射、磁强计要么看不出来,要么费半天劲抓不准。现在等于多开了一扇窗。

这事为什么值得盯?

这轮竞争,抢的不是某个零件,而是谁能读懂材料内部更深一层的状态。

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美国橡树岭、阿贡这些国家实验室握着世界顶级中子源,研究复杂磁序是老牌强项。多伦多这次走理论和光学探测新路,另辟蹊径。

德国、法国靠强磁场实验室,也占着位置。

中国不是旁观者。

中科院物理所、南京大学、中国科大、清华,都有一批团队在非共线反铁磁和拓扑磁性材料上干活。锰锡化合物这类材料,本身就是国内多个课题组的常客。

硬件上我们也不缺舞台。合肥稳态强磁场装置,2022年跑出45.22特斯拉稳态磁场,世界纪录。北京怀柔综合极端条件实验装置已投用,能把极低温、强磁场、超高压叠在一起。研究“隐藏磁序”,要的就是这种环境。

产业链更是底牌。全球稀土永磁材料,中国产量占九成上下。磁性存储器这条线,国内企业也在往前推。

再往前一步,意味着什么?

如果八极磁序将来能稳定地“读”和“写”,存储单元可以更小、更抗干扰、更省电,天生适合跟量子器件对接。磁性存储不怕断电,在能耗越来越敏感的今天,分量很重。

往大了说,未来科技竞争,可能不只是比芯片制程更细、算力更大,而是比谁能掌握物质更深一层的“开关”。

磁,是人类最古老的物理现象之一。我们用了几千年,到今天才发现,它还有这么多挡位没打开。

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