多年以来，研究人员一直在探讨一种奇怪的现象：超薄磁铁被激光击中时，它会突然退磁。科罗拉多大学博尔得分校（CU Boulder）的科学家正在深入研究磁铁如何在1秒钟内从退磁状态中恢复磁性，并在《Nature Communications》上报道了他们的研究成果。

据研究，磁铁被激光击中之后，表现出液体特性，磁性开始形成“液滴”，与摇晃一罐油和水的混合物类似。针对该现象，CU Boulder的Ezio Iacocca、Mark Hoefer和同事开展了数学建模和数值模拟，并在斯坦福大学SLAC国家加速器实验室进行了相关实验。

“研究人员一直在努力了解激光击中磁铁会发生了什么，”新研究的第一作者、应用数学系的研究助理Iacocca说，“我们感兴趣的是磁铁被击中之后发生的情况，以及它会如何恢复特性。”

Iacocca解释说，天然磁铁的原子结构具有同一指向，或者说自旋方向的一致性。但是，当使用足够短的激光脉冲击中磁铁之后，原子结构将产生紊乱，自旋方向不再统一指向上或指向下，而是指向不同的方向，从而消除了金属的磁性。“研究人员已经明确了激光脉冲击中磁铁3皮秒后发生的情况，随后1微秒磁性恢复。” Iacocca说，“在这两个时间点之间仍然存在很多未知数。”

为了填补缺失的时间窗口，研究团队进行了激光冲击钆-铁-钴合金微小样品等一系列实验，并将实验结果与数学预测和计算机模拟结果相比较，发现金属材料表现出了流体行为。应用数学副教授Hoefer很快指出金属材料本身并未变成液态，但是磁铁内部的自旋状态表现得像流体一样，海浪一样到处移动并像变换方向。

Hoefer说：“运用模拟自旋特性的数学方程，我们证明了磁铁材料在短时间内表现出超流体特征。”他补充道，一小段时间后，变动的自旋特性逐渐稳定下来并形成具有相同指向的微小团簇，实际上就像“液滴”一样，其中的自旋方向全部变成了一致向上或向下。更长的时间过后，“液滴”会变得越来越大，就像罐子里的油和水一样彼此分离。Hoefer说：“在特定的地方，磁铁原子开始重新指向上或指向下，形成了大型团簇的种子。”

目前，工程师已经利用这种磁性翻转行为将信息以1和0的形式存储到计算机硬盘上。Iacocca表示，如果研究人员能够找到更有效的磁性翻转手段，他们将有可能创造存储速度更快的计算机。“我们想要更为准确地理解这个过程是如何发生的，以便于找出磁性翻转速度更快的材料。”

消息来源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190418094257.htm

编译：云光子

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