旋转冰薄膜中热力学第三定律的恢复

第一层旋转冰薄膜。橙色是旋转的冰膜，厚度只有几十亿分之一米。

一项新发表的研究表明，热力学第三定律可以在磁性材料自旋冰的薄膜中恢复。

旋转冰的薄膜已经显示出令人惊讶的特性，这些特性可以帮助发展磁化，即电的磁当量。

伦敦纳米技术中心（LCN）的一组研究人员与牛津大学和剑桥大学的科学家合作，于今天在《自然通讯》上发表了一篇论文，发现与预期相反，热力学第三定律可以在磁性薄膜中恢复材料旋转冰。

在我们周围熟悉的世界中，总是有可能使物体变冷，但是科学已经确定，物体的寒冷程度是有限的，即所谓的“绝对零温度”，即负273摄氏度。

预期物质的熵为绝对零时，物质的熵本身应为零，物质的熵是物质中原子的随机性的量度。绝对零等于零熵或随机性的概念称为热力学第三定律。

第三定律的一个著名例外是自旋冰，其中原子磁矩或“自旋”在接近绝对零的过程中仍然是随机的。这种随机性赋予了旋转冰特性，这是更常规的材料所没有的，最显着的是“磁性单极子”。

在这项研究中，研究人员首次制造了厚度仅为几纳米的薄旋转冰膜。

在绝对零值以上大约半度处，发现薄膜中的自旋冰的正常熵消失了，这表明在这些自旋冰薄膜中恢复了第三定律。研究人员使用LCN上的X射线衍射，显示了薄膜在其上生长的“基底”所引起的轻微应变，从而导致了熵的损失。

研究小组论文的主要作者劳拉·博沃博士（伦敦纳米技术中心）说：“这一结果表明，我们可以利用应变来彻底改变和控制自旋冰的状态。”“它为旋转冰中的磁性和磁单极子的控制和操纵开辟了新的可能性。”

该论文的另一位作者Steve Bramwell教授（UCL物理与天文学系）补充说：“在旋转冰薄膜中恢复第三定律，为旋转冰的故事增添了意想不到的变化。如何首先违反第三定律然后在旋转冰中恢复第三定律是基本物理学中一个有趣的问题”。

控制自旋冰熵的方法可能会在许多应用中使用。例如，计算机硬盘中的磁性技术通常基于薄磁性膜。

出版物：L. Bovo等人，“旋转冰薄膜中的第三定律的恢复”，《自然通讯》第5期，文章编号：3439; doi：10.1038 / ncomms4439

图像：伦敦大学学院