用光控制電子設備 超快雷射操縱磁鐵礦結構李佩璇 (2024-06-24 16:05:14)

洛桑聯邦理工學院的研究人員發現，透過將不同波長的光照射在稱為磁鐵礦上，可以改變其狀態，增加其發電能力。這項發現有望為電子產品帶來新的設計概念，包括記憶體儲存、感測器和其他依賴材料快速響應的設備。

編譯／高晟鈞

洛桑聯邦理工學院的研究人員發現，透過將不同波長的光照射在稱為磁鐵礦上，可以改變其狀態，增加其發電能力。這項發現有望為電子產品帶來新的設計概念，包括記憶體儲存、感測器和其他依賴材料快速響應的設備。

磁鐵礦的「隱藏」相

一般我們熟知的物質有三相：固態、液態和氣態。相變，指得便是由於溫度、壓力或其他環境條件的變化，而導致材料狀態的改變。一個最簡單的例子，便是將冰塊加熱後，會從固體的冰變為液態水，最後蒸發成為氣態的水蒸氣。

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在平衡條件下，材料的相變通常遵循可預測的路徑。然而，但當材料失去平衡時，它們就會開始顯示所謂的「隱藏相」，即一般情況無法到達的中間狀態。

隱藏相的觀測，需要先進的技術來捕捉材料結構中的快速且微小變化。

磁鐵礦中的隱藏轉變

磁鐵礦（Fe₃O₄）是一種常見的煉鐵材料。1940 年代Verwey發現在溫度降至絕對溫度120K時，Fe₃O₄的電阻升高了兩個數量級而由導電材料變成絕緣體，這種金屬-絕緣（Metal-insulator）的一階相變（First-order transition）即稱為Verwey相變，顯著改變了磁鐵礦的電子和結構特性。

為了更好地理解這種現象，研究團隊透過雷射激發，直接觀察這種轉變過程中發生的原子運動。實驗使用兩種不同波長的光：近紅外光（800 nm）和可見光（400 nm）。當用 800nm光脈衝激發時，磁鐵礦的結構被破壞；相較之下，400nm光脈衝能使磁鐵礦成為更穩定的絕緣體。

意義與技術應用

研究表明，透過選擇性地使用不同光波長，可以控制磁鐵礦的電子特性，進而開創了一種是用特殊光子脈衝，在超短時間脈衝尺度上控制物質的新方法。成功誘導和控制磁鐵礦中的隱藏相，對於先進材料和設備的開發將產生重大影響，尤其是需要快速、有效地在不同電子狀態間切換的裝置。

資料來源:Phys.org

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