在各种材料中，铁是最广为人知的铁磁性物质。而本周出版的英国《自然》杂志的一篇材料科学论文，描述了一种能让非磁性金属如锰和铜，在常温下拥有磁性的技术。这项研究因“分子诀窍”让金属可以克服“斯托纳判据”，有助于拓宽用作磁性和自旋电子器件材料及材料性质的范围。

物理学上的铁磁性指的是一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象。也就是说，某些材料在外部磁场的作用下被磁化后，即使外部磁场消失，依然能保持其磁化的状态而具有磁性。在铁磁性物质内部，有很多未配对电子。但纯粹的铁磁性是非常罕见的，因为物质的磁性现象都存在一个临界温度，在此温度下才会发生，而只有三种元素能在室温下具有磁性：铁、钴和镍。因为金属的磁性不仅仅是因为有不成对电子的存在，还需要这些电子之间的相互作用。

此次英国利兹大学奥斯卡·赛斯皮德斯和他的研究团队证明，铜和锰的薄膜可以通过捕获金属和一层有机分子之间的电子传输，从而获得磁性。这层有机分子是拥有60个碳原子的球形富勒烯，富勒烯被选为模型分子的原因是它的结构简单又稳定。这样的“分子诀窍”让金属可以克服“斯托纳判据”。这一理论认为在铁磁金属中，电子之间存在着一个正的交换作用，相当于晶体中存在着一个沿正方向的内磁场。而“斯托纳判据”就是解释为何铁有磁性而锰没有的理论，虽然这两种元素具有类似的电子特性而且在周期表中相邻。

在这篇论文的相关新闻与观点文章中，印度塔塔基础研究院的卡西克·拉曼和杰伽德什·摩德拉表示，该项研究结果可能为发展“新一代非常规磁性混合材料制成的纳米电子器件”铺平了道路。


来源：中国科学院