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被熱炒的“量子球狀閃電” 其實是種“粒子” 沒有“閃電”，主角是斯格明子 該論文原題為《在三維斯格明子中合成電磁節(jié)》，其中根本沒有討論閃電，“故事”的主角是一種被稱為“斯格明子”的“粒子”。斯格明子遠(yuǎn)沒有“上帝粒子”“天使粒子”那么“有名”，但同樣也被科學(xué)家探求了幾十年。“斯格明子并不是62種基本粒子之一，它是基于材料中的固有相互作用，形成的一種基本磁性單元�！鼻迦A大學(xué)副教授于浦解釋。資料顯示，英國物理學(xué)家托尼·斯格明于1962年首次預(yù)言這種粒子的存在。但直到2009年，德國物理學(xué)家繆保爾等才觀測到磁性斯格明子存在的實驗證據(jù)。 斯格明子的證實讓信息社會為之一振。現(xiàn)代硬盤的磁性單元約為100納米，斯格明子這一磁性單元在尺度上可以僅為幾納米，這將使得磁性存儲的載體變得更小。在可以預(yù)見的未來，以斯格明子為單元的TB級別（萬億字節(jié)）的硬盤可能只有紐扣大小。 “在非常微弱的電流驅(qū)動下，它就能高效運動，這將使得斯格明子作為信息載體在存取信息時速度更快�！鼻迦A大學(xué)物理系助理教授江萬軍解釋道。此外，在斷電的情況下，信息也可以得到完整保存，因而斯格明子被認(rèn)為是下一代高密度、高速度、低耗能、非易性的自旋存儲器件中的優(yōu)良信息載體，從而得到業(yè)界廣泛關(guān)注。 我國科學(xué)家在該領(lǐng)域正在深入探索，并取得了多個原創(chuàng)性成果。為了研究以斯格明子為單元的自旋存儲以及邏輯器件，國家重點研發(fā)計劃納米專項支持了斯格明子的相關(guān)研究，江萬軍也參與其中。 獲得更多斯格明子的新途徑 在電子顯微鏡下，斯格明子宛如物質(zhì)整體中的一個個“小蜂巢”，如何讓這些“蜂巢”在材料體系中變得更多、更小，是目前探索新型自旋存儲材料的關(guān)鍵問題之一。“當(dāng)電子跑進(jìn)斯格明子后，電子的運動方式就不一樣了，傾向于跟著斯格明子運動。”江萬軍說�？梢韵胂�，斯格明子更像是一種“金鐘罩”的概念。 過往對新材料體系的獲取，多是通過各種方法對材料體系的整體進(jìn)行調(diào)整，使其產(chǎn)生斯格明子。例如，通過打破界面反演對稱性破缺，江萬軍等人首先證明了在重金屬/鐵磁體的磁性納米材料中也可產(chǎn)生斯格明子。該材料體系中的磁性斯格明子在理論尺度上可以做到更小（3納米左右），并能在室溫下穩(wěn)定存在。 “傳統(tǒng)的固體里面，通過控制材料的內(nèi)稟特性來控制電子自旋的狀態(tài)，就可以制備出斯格明子”，于浦解釋，而此次的研究卻是通過操作原子狀態(tài)實現(xiàn)的。 “該研究通過電磁場操控，使得銣原子的排列形成了類似斯格明子的結(jié)構(gòu)。同時也擁有了斯格明子的各種拓?fù)湮锢硇再|(zhì)�！苯f軍說。 為了能夠操作原子，這一研究把銣原子冷卻到極低溫度，從而形成玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC），讓原子失去個性，所有原子擁有相同的量子態(tài)，以便可以通過電磁場進(jìn)行操控，從而形成三維形狀的斯格明子自旋結(jié)構(gòu)。 BEC+磁場，開啟時髦研究方向 “用原子的BEC態(tài)模擬凝聚態(tài)物理系統(tǒng)中的強(qiáng)關(guān)聯(lián)行為最近變成了一個熱門的研究方向�！庇谄终f，“凝聚態(tài)物理研究的是我們現(xiàn)實生活中的固體，固體內(nèi)部非常復(fù)雜，存在各種粒子或準(zhǔn)粒子，以及它們相互之間的強(qiáng)電磁作用，而科學(xué)家們現(xiàn)在可以利用單一狀態(tài)的原子來模擬它們的相互作用�！边@種研究手段，將為我們了解、重現(xiàn)固體中復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供解決方案，其中原子的BEC特性會起到非常重要的作用。BEC是科學(xué)巨匠愛因斯坦在80年前預(yù)言的一種新物態(tài)，這里的“凝聚”表示原來不同狀態(tài)的原子突然“凝聚”到同一狀態(tài)（一般是基態(tài)）。 這樣的狀態(tài)加上變幻的電磁場，就可以用來模擬固體物質(zhì)內(nèi)部粒子的不同狀態(tài)，進(jìn)而將復(fù)雜問題簡化，幫助科學(xué)家了解復(fù)雜固體內(nèi)部的相互作用。江萬軍認(rèn)為，“此次的實驗結(jié)果更進(jìn)一步，從2維拓展到3維體系”。利用空間變化的磁場，對微觀世界達(dá)成可計算、可預(yù)測的操控，將為科學(xué)家提供更多的問題解決思路。（來源：科技日報） 關(guān)鍵詞： 量子
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