2月25日纳米磁体为雪崩如何工作提供了线索

雪崩的行为引起了物理学家的兴趣，因为他们可以提供关于许多其他系统的见解，尤其是雪如何从山坡上落下。为此，一组研究人员研究了纳米磁体的微观阵列，这些阵列提供了经典理论模型的首次实验演示，称为“一维随机场伊辛模型”。结果今天发表在《 物理评论快报》上。

在这项研究中，研究人员在领导该实验的 Frederick W. Beinecke 应用物理学教授 Peter Schiffer 的实验室中设置了纳米磁体阵列。这些纳米磁铁的尺寸只有百万分之几英寸，它们之间的相互作用就像两个冰箱磁铁靠在一起一样。该阵列首先被初始化，这样，在交替的行中，一半的纳米磁体的北极朝上，一半的北极朝下。

使用大型电磁铁，该团队向阵列施加磁场，导致一小部分纳米磁铁翻转它们的磁极并在另一个方向上磁性对齐。为了检测这些变化，他们使用了一个磁力显微镜，该显微镜有一个极小的磁针，根据它是越过北极还是南极，它要么被拉向磁铁，要么被推离磁铁。

他们的发现之一是磁极沿阵列行成簇翻转，每次微观翻转都会引发另一组磁铁翻转磁极 - 雪崩的工作方式。

“这是一个关键点，因为当一个人翻转时，会为下一个人增加额外的动力，”Schiffer 说。“我们测量的实际上是这些已经翻转的集群的分布。有几个小的?有几个更大的?然后我们将这些集群的分布与模型进行比较，该模型预测了这些集群应该如何分布。”

这是第一个在一个维度上准确反映随机场伊辛模型的实验，这是物理学家描述大群体中事物如何发生的基本模型之一。具体来说，它涉及可以处于两种状态之一的事物——在这种情况下，事物要么指向上方，要么指向下方。

“模型预测的是雪崩大小的分布应该是什么，”他说。“这就是我们非常清楚地看到的——我们测量了磁极翻转的分布​​，它与预期非常吻合。”

进行干净的实验演示的一个好处是，在这个控制良好的微观系统上精心设计的变化可以帮助研究人员理解和预测现实世界中更复杂的现象，例如某些材料在拉动时如何分崩离析，或者是什么导致电击穿在电路中。

该研究的合著者是 Nicholas Bingham(第一作者)、耶鲁大学学生 Alejandro Simon 和 Will Zhu、耶鲁研究生张晓宇，以及 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的合作者 Jungsik Park、Karin Dahmen 和 Spencer Rooke;以及明尼苏达大学的 Chris Leighton、Joseph Batley 和 Justin Watts 。

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