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单层锰原子的手征磁有序



  一只光滑的铁环放在镜子前, 它的像与铁环本身完全一样, 不可区分。 然而, 将我们的右手放在镜子前, 镜中的像将不同, 它像是我们的左手。 自然界中有许多现象涉及“前进”与“旋转”方向二者的关系,他们被称为是“手性的”,或“手征”。 在讨论电磁感应时, 我们区分“右手定则”和“左手定则”;在沃森和克里克的DNA双螺旋结构示意图(1953年4月25日发表)中, 两股并行盘绕的螺旋链被分别标记了“上行箭头”和“下行箭头”;在吴健雄验证“杨-李理论”的实验中,发现:60Co在β衰变过程中并不是朝着60Co自旋极化的正反两个方向对称地发射电子, 而是仅仅朝自旋极化的反方向发射。在稀土金属 Dy 的低温反铁磁态, 原子磁矩躺在六方晶格的基平面内, 磁矩取向不共线, 而是每上一个原子层绕c轴转一个角度, 从而形成所谓“螺旋(helical)反铁磁”。 
  最近, 来自德国汉堡大学的Bode 等利用自旋极化扫描隧道显微镜, 观察了淀积于钨衬底上单层锰原子的磁有序。 他们发现, 与大块锰金属中共线反铁磁有序不同, 单层锰原子的磁矩表现出不同程度的倾斜, 以至于形成周期12nm 的螺旋结构: 毗邻自旋的取向逐步变化, 遵循摆线(或称旋轮线)行为。 他们运用 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用(在缺乏反演对称的晶体中, 若“自旋-轨道”耦合足够强,此作用将诱发长周期无公度螺旋磁有序), 定量解释了上述手征磁有序。 同行专家高度评价这项工作在自旋电子学领域的应用前景: 当自旋极化电流流过上述纳米尺度的手征磁体时, 将对后者的磁结构施加一个转矩; 接下来, 将可能操控磁化强度的分布, 发展超高密度磁记录介质、磁化开关和磁性马达。
  ( 戴闻 编译自 Nature,2007,447: 157,190 )
  
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摘自:物理 2007年第08期  
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