阿利坎特大学(UA)物理系及材料大学研究所与马德里自治大学(UAM)低温高磁场实验室的研究人员,首次在最高20特斯拉的极端磁场条件下测量金(Au)与银(Ag)原子接触的电导率。研究团队指出,该磁场强度约为地球磁场的40万倍。
贵金属原子接触出现意外磁场依赖
研究人员在实验中观察到,随着外加磁场增强,金原子接触的电导率下降约15%。团队同时记录到原子接触形成过程本身也发生变化,其中银的变化更为明显。研究人员表示,这些结果与先前针对纯金、纯银“几乎不应呈现磁场依赖性”的理论预测不一致。
相关成果已发表于《Physical Review Research》。研究团队称,在仅由单一原子通道构成的导体中获得对磁场的明显响应并不常见,而此次在贵金属体系中观测到的效应,为原子尺度电子输运研究提供了新的实验依据。研究人员并指出,这一现象提示可通过将贵金属与具有磁性活性的系统结合,探索功能性材料设计路径。

指向自旋电子学潜在应用方向
研究团队认为,上述发现可能为超灵敏纳米级磁传感器以及更高效的自旋电子器件提供思路。阿利坎特大学纳米电子学专家Carlos Sabater表示,自旋电子学依赖对磁场高度敏感的电子自旋,有助于推动更先进、更灵活的器件技术发展。文中同时提及,MRAM存储器等器件被视为自旋电子学应用的例子。
研究人员还提到,从中期角度看,这类进展可能影响量子计算以及生物医学中的弱磁场检测等技术方向。
低温与强磁场条件下完成测量
该研究由Carlos Sabater与Andrés Martínez(UA),以及Hermann Suderow、Isabel Guillamón和Juan José Palacios(UAM)等人牵头完成。团队使用配备20特斯拉超导磁体的低温扫描隧道显微镜开展实验,以在原子接触中实现强磁场与低温的组合条件。

实验过程中,研究人员在4.2开尔文(−269°C)环境下,通过反复机械压痕在尖锐金属探针与金或银样品之间形成原子接触。针对每一个磁场取值,团队记录数万条电导随距离变化的曲线,并据此构建高精度统计直方图,用于提取电导变化特征。
理论计算指向残余氧分子可能作用机制
研究团队在实验测量基础上结合先进理论计算。模型结果显示,在外加磁场作用下,附着在接触附近的少量残余氧分子可能产生自旋极化电流,从而导致观测到的电导降低。
研究人员表示,这一结果为后续研究打开了新方向:在不依赖铁、钴或镍等铁磁材料的情况下,探索具有可调磁性的原子级导体设计策略,并有望扩展未来纳米电子学与自旋电子学的材料选择范围。