2006年1月19日
探索大自然的奥秘的一种新方法的挫折已经由一个物理学家团队领导宾州州立大学教授彼得•希弗文森特Crespi, Nitin Samarth。这项研究将于本周发表在《华尔街日报》自然研究是一个重要的贡献,复杂的交互系统,它也可能导致技术先进的磁记录设备。
“我们都宁愿少个人经历与挫折,但沮丧的状态也是一个重要因素在自然界中许多系统的工作方式,”希弗解释道,他是宾夕法尼亚州立大学的物理教授。“挫折时两个不同的需求或欲望互相竞争,这样两个不能同时实现。这种挫折发生在我们的大脑,蛋白质,和许多其他领域的自然世界,网络的许多不同的组件必须实现一个复杂的相互作用。”
希弗说,例如,神经网络,使大脑功能和蛋白质分子,这让生活物质功能,包括数以千计数以百万计的交互组件和交互的一个关键因素是,他们往往“沮丧”。"When two different and competing signals are sent in the brain, the brain needs to choose which signal will dominate in order to take a particular action," Schiffer says. "Frustration happens even in a simple substance such as ice, which consists of only hydrogen and oxygen atoms, because there are competing forces on the hydrogen atoms pushing them between different positions relative to their neighboring oxygen atoms," he explains.
了解挫折的后果在大脑一个极其复杂的系统是非常困难的,因此有很大的研究兴趣学习简单的沮丧系统,像冰一样,为了获得一个基本的了解挫折的本质。这类系统的一组材料一些单个原子的磁矩,”这意味着每个原子都是欧洲杯足球竞彩像一个微小的条形磁铁或罗盘针。如果材料在某些方面,这些原子排列的磁性原子的相互作用组互相竞争,从而导致沮丧的状态。这些“沮丧的磁性材料”也许是最干净的系统中,挫折可以研欧洲杯足球竞彩究和强烈的主题研究。
“沿着这些磁性原子的磁矩方向是指由交互与其他磁性原子的材料,”希弗解释;“然而,几乎不可能观察单个原子的磁状态,和现有的化学合成技术不允许相互作用的强度在这些材料很容易调整。”欧洲杯足球竞彩As a result, physicists have been able to study only the collective behavior of a group of frustrated magnetic atoms--not the specific behavior of the individual atoms.
现在,希弗和他的同事们开发了一种新的方法来研究沮丧的微妙之处,其中包括使用电子束光刻技术”建立一个磁沮丧材料雕刻数组成千上万的微小的条形磁铁,每个只有几上百万一英寸大小。宾夕法尼亚州立大学纳米加工设备的样本制作由宾夕法尼亚州立大学研究生Ruifang王。”,而不是依赖于化学合成材料的磁性原子被预先安排的,我们决定把自己的沮丧的系统,“Samart欧洲杯足球竞彩h说。“我们定制的系统来模拟一组特定的磁结构的材料,我们希望研究,沮丧的磁性原子排列,这样他们的行为方式完全类似于氢原子在冰。欧洲杯足球竞彩Ruifang放在一个真正英雄努力而获得的实验工作。”This set of materials is called "spin ice" since "spin" is another way of denoting the magnetism of an individual atom.
因为系统由希弗和他的同事们创建的故意与特定大小和安排单独的磁铁,研究人员能够安排系统,磁体间的相互作用是沮丧在自旋冰一样的材料。欧洲杯足球竞彩“使用一个特殊的显微镜下,我们可以看到每个磁矩的方向指向这个人工自旋冰,这是不可能与化学合成沮丧磁性材料或与普通冰,”希弗说。欧洲杯足球竞彩“我们也可以改变数组的间距,这让我们沮丧的力量相互作用。”
研究人员说,这项工作是一个重要的一步研究的挫折在大型网络的性质。“使用这种捏造数组,它现在是可能的工程师沮丧系统改变的力量相互作用,晶格的几何缺陷的类型和数量,和其他属性的本质影响沮丧,”希弗解释道。这些系统还允许科学家探测单个元素的状态在一个沮丧的系统。磁铁相互作用也有关现代磁记录技术,依靠越来越微小的磁性结构,以适应越来越多的信息到越来越小的硬盘。
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