科学家成功地利用光观察磁域，并在一种特殊的量子反铁磁体中通过电场控制这些区域。这一创新的方法使得实时监测磁行为成为可能，可能会推动下一代电子产品和存储设备的发展，并且加深对量子材料的理解。
当我们被磁铁吸引时，我们往往会进一步探究。当磁铁吸引物理学家时，他们会在量子层面上对其进行研究。
来自大阪市立大学和东京大学的研究人员有效地利用光可视化了一种独特量子物质中的小磁区域，称为磁域。此外，他们还成功地使用电场操控这些区域，为深入了解磁材料在量子尺度上的复杂行为提供了新的见解，为未来的技术进步铺平了道路。
大多数人对于能够附着在金属物体上的磁铁有所了解。但对于那些不能附着的呢？反铁磁体就属于这一类别，并已成为全球技术创新者的重点关注对象。
反铁磁体是指磁力或自旋朝相反方向取向的材料，从而中和彼此，导致没有整体的磁场。因此，这些材料不表现出明显的南北极，也不像经典的铁磁体那样行为。
特别是那些具有准一维量子特性的材料，其磁性主要限制在一维原子链上，被视为下一代电子产品和存储设备的有前途的候选者。然而，反铁磁材料独特的性质不仅仅是因为它们不吸引金属表面；研究这些引人入胜但复杂的材料面临着相当大的挑战。
“由于其低磁转变温度和微小的磁矩，观察准一维量子反铁磁材料中的磁域一直是一个挑战，”大阪市立大学的副教授、研究的主要作者木村健太解释道。
磁域是磁性物质中的微小区域，在这些区域内，原子的自旋以相似的方式排列。这些域之间的边界被称为磁域壁。
由于传统观察方法的无效性，研究团队探讨了准一维量子反铁磁体BaCu2Si2O7。他们使用了一种叫做非互易方向性二向色性的现象，即当光的方向或其磁矩反转时，材料的光吸收发生变化。这使得他们能够在BaCu2Si2O7中可视化磁域，证明在单一晶体内存在相反的磁域，而且它们的磁域壁主要与某些原子链或自旋链对齐。
木村说：“眼见为实，理解始于直接观察。我很高兴我们能够使用标准光学显微镜可视化这些量子反铁磁体的磁域。”
研究团队还展示了这些磁域壁可以通过电场进行重新定位，这要归功于一种称为磁电耦合的现象，其中磁性和电性特征相互关联。即使在移动过程中，磁域壁仍然保持其初始方向。
木村表示：“这种光学显微镜技术简单快速，可能在未来实现对移动磁域壁的实时观察。”
这项研究代表了理解和控制量子材料方面的重大进展，为技术应用打开了新的机会，并进入新的物理领域，可能会导致未来的量子设备和材料。
木村补充道：“在各种准一维量子反铁磁体中利用这种观察方法，可能会带来新的理解，揭示量子波动如何影响磁域的发展和运动，帮助设计未来采用反铁磁材料的电子产品。”
