停電不用愁！這種設備或可在斷電後繼續存儲數據

模擬的單極斯格明子。紅色箭頭表示這是一個左旋斯格明子，其餘箭頭表示偶極子的角分布。

擲球時，你會選擇用哪一隻手？答案顯而易見，左撇子喜歡用左手，右撇子則會用右手。這種天生偏愛一側的特性在生物醫學上被稱為「利手性」。利手性幾乎無處不在：葡萄糖分子的原子結構會向左側傾斜，小狗只用右肢與你「握手」。利手性也會在手性中表現出來——一副手套，雖然是彼此的鏡像，但不能重疊在一起。

eurekalert.org網站4月18日報道，美國伯克利實驗室領導的研究團隊在一種具有可逆電學性質的材料中，首次觀察到了斯格明子的手性。極性斯格明子與電學特性的結合有望帶來更強大的數據存儲設備。這類設備即使在電源關閉後也能繼續存儲信息。相關成果刊發於本周出版的《自然》雜誌中。伯克利實驗室材料學部研究人員Ramamoorthy Ramesh說：「斯格明子的出現是我們計劃之外的事情。因此，製造出手性斯格明子讓我們倍感興奮。」

Ramesh及其同事Lane Martin教授的研究始於2016年。當時他們正著手尋找控制熱量穿過材料的方法。為此，他們用交替的鈦酸鉛層和鈦酸鍶層製造了超晶格結構。但當他們用掃描透射電鏡觀察超晶格時，Ramesh等有了意外的發現：觀察結果似乎與熱量沒有任何關係，泡沫狀物質充斥了整個設備。

那麼，這些「泡沫」究竟是什麼？它們是如何形成的呢？事實證明，它們是極性斯格明子（或稱作偶極子織構）。此前，研究人員一直認為斯格明子只會出現在磁性材料中：電子磁自旋之間的特殊相互作用可以穩定斯格明子的手性模式。因此，Ramesh等在電子材料中發現斯格明子時，他們大吃一驚。Ramesh等通過與西班牙坎塔布里亞大學的理論學家Javier Junquera等合作，證實織構符合「Bloch component」的特徵——Bloch component確定了自旋方向。研究人員利用伯克利實驗室和康奈爾大學材料研究中心的精密儀器分析後，發現了「泡沫」形成的秘密：非極性鈦酸鍶施加給極性鈦酸鉛的作用力是斯格明子「泡沫」產生的原因。Ramesh評論說：「材料如人，當人們感到壓力時，他們的反應變得不可預測，材料也是這樣。」

伯克利實驗室高級研究人員Elke Arenholz、物理學博士研究生Margaret McCarter等利用光譜技術對Ramesh等的發現進行了確證。在確證過程中，他們又發現了圓二色性的證據——在這種情況下，只有X射線和具有相同旋向性的極性斯格明子間才有很強的相互作用。McCarter說：「在沒有旋向性的材料中觀察到這種效應是令人驚訝的。我們很有興趣探索極性斯格明子對鐵電材料的意義，並研究如何控制它。」

目前，研究人員已經製造了單電子斯格明子，並證實了其手性。製造含幾十個具有相同旋向的電子斯格明子陣列已納入下一步計劃。Ramesh表示他們還計劃研究外加電場對斯格明子的影響，以促進其在數據存儲技術中的應用研究。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：西莫

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