数十年来，科学家们只认识到两种主要类型的磁铁。一种是熟悉的铁磁体，通常用于冰箱磁铁及无数日常设备中。另一种是反铁磁体，其磁性特性在原子级别上被隐藏，但由于其在先进技术中的潜在应用，越来越受到关注。最近，研究人员识别出第三类被称为替代磁体的类别。这些材料是在过去十年内首次提出的，可能结合了铁磁体和反铁磁体的一些最有用的特性，有可能为更快速、更节能的电子设备打开新的大门。现在，布法罗大学的物理学家们提出了一种新的量子传感方法，可以使替代磁铁的识别变得更加简单。该方法在《物理评论快报》中描述，将检测一个疑似的替代磁体如何影响一个附近钻石内部微小的磁缺陷。通过监测缺陷的磁信号随时间的放松情况，研究人员可能能够确定替代磁性的一些显著迹象。主要作者、UB物理系助理教授贾米尔·马里诺博士说：“这可能是确定一种材料是否为替代磁体的一代新实验的第一个构建块。替代磁体可能完全改革我们传输信息的方式，但为了确认这一优雅理论是否真实，我们需要实验来识别替代磁体并确认它们的行为是否如科学家所预测。” 该研究的合著者包括马里诺的前同事，明斯特大学的利博尔·斯梅伊卡尔和贾伊罗·西诺瓦，他们最初提出替代磁体概念。“这种传感技术可能成为探索候选替代磁体材料的一个非常重要的工具，”西诺瓦说。“它通过检测材料不同区域之间微妙的方向性磁模式，而不会显著干扰材料，提供了传统实验技术所没有的优势。”替代磁体有什么不同？替代磁性的概念在2019年提出，当时明斯特的研究人员观察到一种既无法通过铁磁体也无法通过反铁磁体来解释的行为。他们的计算显示，二氧化钌应该没有整体磁化，类似于反铁磁体。然而，当施加电流时，它的表现却更像铁磁体。这一意外结果导致了替代磁体概念的发展。在常规磁体中，原子及其电子自旋通常以相对简单的模式排列。在铁磁体中，邻近的电子自旋指向相同的方向，产生外部磁场。由于这些自旋可以相对容易地被切换，铁磁体广泛用于信息存储。反铁磁体则工作原理不同。邻近的自旋指向相反的方向，导致它们的磁效应相互抵消。虽然这种排列更难以控制，但其状态切换速度要快得多，使反铁磁体在未来信息处理技术中具有吸引力。替代磁体占据了中间地带。像反铁磁体一样，它们的整体磁性相互抵消。然而，材料内部原子的排列使得电子在通常与铁磁体相关的方式中表现。“这种排列使得替代磁体能够结合反铁磁体的快速切换特性和铁磁体一些更易于控制的电子特性，”马里诺说。利用钻石缺陷检测隐藏的磁性 明斯特及其他地方的研究人员已经报告了一些材料中替代磁性的实验特征。理论研究表明，这一类可能远比预期的要大，超过200种材料可能符合替代磁体的条件。这将是已知铁磁材料数量的两倍多。为了帮助识别这些候选者，马里诺的团队开发了其提出的量子传感技术。该方法依赖于一个含有微观磁缺陷的钻石，这个缺陷是由一个氮原子和一个缺失的邻近碳原子形成的。这些缺陷对附近的磁活动非常敏感。在提议的实验中，研究人员将把缺陷的磁自旋旋转到不同的方向，并测量其放松的速度。如果在某些方向上的放松速度比其他方向更快，这种行为可能揭示替代磁体预测的复杂自旋排列。该技术的一个重要优势是，它比许多现有的用于研究磁性材料的方法干扰性更小。“您不希望您的测量强烈扰动您正在研究的材料，因为这可能使您更难判断您是否看到的是材料的自然行为还是实验造成的行为，”马里诺说。未来更快速的信息处理。