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>>“沮丧”的纳米磁体通过混乱来订购自己:在平衡处的结构化磁铁系统中,异国情调的2D材料交替层之间的相互作用产生了“熵驱动的顺序”

极小的磁铁阵列(称为Tetris Spin Ice)(如下所示)可以通过增加其疾病来订购自己。信用信用:伊利诺伊大学Urbana-Champaign
极小的磁铁阵列(称为Tetris Spin Ice)(如下所示)可以通过增加其疾病来订购自己。信用信用:伊利诺伊大学Urbana-Champaign

抽象的:
具有奇怪和不寻常特性的极小磁铁可以通过增加熵或物理系统趋于疾病的趋势来订购自己,这种行为似乎与标准的热力学相矛盾 - 但不是。

“沮丧”的纳米磁体通过混乱来订购自己:在均衡的磁铁结构化系统中,异国情调的2D材料交替层之间的相互作用在平衡中创建“熵驱动的顺序”

洛斯·阿拉莫斯(Los Alamos),新墨西哥州|发表于2022年4月8日

洛斯·阿拉莫斯(Los Alamos)的物理学家,关于自然物理学研究的论文的合着者克里斯蒂亚诺·尼索利(Cristiano Nisoli)说:“偏见,系统命令是因为它希望变得更加混乱。”``我们的研究表明,在平衡处的磁铁结构化系统中,熵驱动的顺序。

在这项工作中检查的该系统被称为Tetris Spin ICE,是耶鲁大学Nisoli和Peter Schiffer之间长期合作的一部分,理论分析和洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)的模拟和实验性工作在耶鲁大学领导。研究团队包括来自许多大学和学术机构的科学家。

纳米磁体阵列,例如俄罗斯方块自旋冰,在神经形态计算中表现为逻辑门的电路,这是一种领先的计算体系结构,它们紧密地模仿了大脑的工作方式。它们还使用``杂音''在许多高频设备中都有可能应用的应用,以利用纳米级磁性动力学。

熵是物理系统中混乱,随机性或不确定性状态的度量。例如,液体具有较高的熵,因为在温暖的温度下 - 高能量 - 其分子可以随机,无序的方式自由移动。

但是,当液体冷却以形成固体时,分子会平静下来,并通过相互作用订购自己以优化其能量。他们只能以有限数量的配置将自己排列在水晶晶格中。这降低了他们的熵:它们是高度排序的。

但是,有些系统并不是那么简单。该系统的一部分以有序的方式解决,但其他人则没有。这些``验证''系统保留障碍。

俄罗斯方块冰冰是由2D磁带组成的非常小的磁铁,但令人沮丧的是两种情况的奇怪混合物。磁极取向以使系统保持一定的顺序,同时保持无序。在低温下,它分解为交替的有序和无序条纹。

通过交替层之间的熵相互作用解决了随着阶数增加的熵的明显悖论。通过相互订购有序条纹,系统会增加其他条纹中的疾病。因此,秩序不会减少能量,而是通过熵的增加而发生。

尼索利说:``热力学法则没有真正破坏。''尼索利说。``通过减少熵来订购系统的概念适用于大多数系统,但是,正如我们所显示的那样,并非全部。我们的系统是异国情调的,表现出违反直觉的行为,熵的增加,一种疾病的量度,是可见秩序的驱动力。

研究小组由劳伦斯·伯克利国家实验室,洛斯阿拉莫斯,西门特技术,伊利诺伊大学乌尔巴纳 - 坎佩恩大学,利物浦大学,明尼苏达大学,韦恩州立大学和耶鲁大学的成员组成。

资金:洛斯阿拉莫斯国家实验室和美国能源部基础能源科学办公室和国家科学基金会的实验室指导研究与开发。

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联系人:
查尔斯·波林
DOE/LOS ALAMOS国家实验室

牢房:505-257-8006

版权所有©DOE/LOS ALAMOS国家实验室

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论文:``在一系列纳米磁体中以内部驱动的顺序,``Hilal Saglam,Ayhan Duzgun,Ayhan Duzgun,Aikaterini kargioti,Nikhil Harle,Xiaoyu Zhang,Nicholas S. Bingham,Yuyang,Yuyang Lao,Yuyang Lao,Ian Gilbert,Ian Gilbert,Jose sklenar,Justsklenar,Justinar justinar d.antin d.antin d.antin d.antin d.antin d.antin d.antin d.antin d.antin d.antin d.watts,Justin d.watt,,Daniel Bromley,Rajesh V. Chopdekar,Liam O.Brien,Chris Leighton,Cristiano Nisoli和Peter Schiffer在《大自然》中。doi:10.1038/s41567-022-01555-6:

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