我国科学家证明单磁极的存在　您当前的位置:
>& 我国科学家证明单磁极的存在&&&&&据《科技日报》记者郑千里报道：传统电动力学的基本结论之一，是南北磁极总会成对出现，不存在单个的磁极（磁单极），但中科院物理研究所研究员方忠等人首次证明了磁单极的存在。这一研究结果，发表在10月3日美国出版的《科学》杂志上。 　　为了追求电磁场的对称统一，世界著名物理科学家狄拉克1931年首次预言了磁单极的存在，然而迄今为止，各国科学家进行了种种努力，仍然缺乏有力的实验证据证明其存在。
　　方忠却从另一个角度考虑这个问题：现代物理学特别是材料科学的迅速发展，导致了晶格倒空间概念的提出；因为晶体具有严格的周期对称性，其中电子的行为必须要用量子力学中的波函数的概念来描述。每一个可能的电子占据态相应于晶格倒空间（动量空间）中的一个波函数。电子的波函数与其他任何波动如声波、水波等一样都具有相干性，其相干图样与晶体材料的结构及磁性有关。当动量空间中的两个波函数具有相同的能量时（即简并态），此两个波函数之间的位相差将形成一个势能奇点。从而导致此点周围电磁场分布的改变。
　　方忠等人详细分析了此种动量空间中的势能奇点问题（BerryPhase），首次提出其实质上相应于倒空间的一种磁单极存在形式。这种磁单极并非存在于实际空间，而是存在于晶体的动量空间中。并且，这种磁单极具有很低的能量，能够在实验中很容易观测到。最直接的方法是测量磁性晶体中的反常Hall效应。由于磁单极的存在，电子的Hall输运行为受到很大影响，导致其反常Hall系数与晶体的磁化强度成非线性关系，而并非以前预测的线性关系。方忠基于以上理论，并通过第一原理计算的方法，直接计算出了钙钛矿型钌氧化物中的反常Hall系数，并与日本著名实验科学家十仓好纪领导的实验小组测量的实验结果进行了比较，得到了一致的结果。
　　此结果将可能对超导机理的研究、及具有特殊电磁特性的新材料的设计等，起到直接的理论指导作用。　　CERNET编辑整理　　相关文章：
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| 版权所有：法拉第提出来的．丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流的周围存在磁场．（请填：科学家名字）
科目：高中物理
1932年，著名的英国物理学家狄拉克，从理论上预言磁单极子是可以独立存在的。他认为：“既然电有基本电荷——电子存在，磁也应该有基本磁荷——磁单极子存在。”假设在真空玻璃盒内有一固定于地面上空附近的S极磁单极子，其磁场分布与负电荷电场分布相似，周围磁感线呈均匀辐射式分布，如图所示。一质量为m，电荷量为q的点电荷P在磁单极子的正上方h高处的水平面内做半径为r的匀速圆周运动。对该电荷的分析正确的是（已知地球表面的重力加速度g） A．该电荷一定带负电荷 B．该电荷一定带正电荷 C．可确定电荷运动的速率v
D．可确定电荷运动的圆周上各处的磁感应强度B
科目：高中物理
题型：填空题
我们可以用一些曲线来大致描绘电场的分布，这种方法是著名的英国科学家________提出来的．丹麦物理学家________首先发现了电流的周围存在磁场．（请填：科学家名字）
科目：高中物理
1932年，著名的英国物理学家狄拉克，从理论上预言磁单极子是可以独立存在的。他认为：“既然电有基本电荷——电子存在，磁也应该有基本磁荷——磁单极子存在。”在209年9月3日出版的《科学》杂志上刊登的论文——德国亥姆霍兹联合会研究中心的研究人员在德国德累斯顿大学、圣安德鲁斯大学、拉普拉塔大学及英国牛津大学同事的协作下，首次观测到了磁单极子的存在，以及这些磁单极子在一种实际材料中出现的过程。假设在真空玻璃盒内有一固定于地面上空附近的S极磁单极子，其磁场分布与负点电荷电场分布相似，如图所示。一质量为m、电荷量为q的点电荷P在磁单极子的正上方h高处的水平面内做半径r的匀速圆周运动。下列对电荷P的分析正确的是（已知地球表面的重力加速度为g）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （&&& ） &&&&&& A．该电荷一定带负荷 &&&&&& B．该电荷一定带正电荷 &&&&&& C．可确定电荷运动的速度v &&&&&& D．可确定电荷运动圆周上各处的磁感应强度B
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&　据美国物理学家组织网报道，一个国际研究小组首次在室温条件下，直接拍到了难以捉摸的磁单极子跟“狄拉克弦”附在一起的图像，为磁单极子的存在提供了空间证据。该研究结果发表在10月17日的《自然·物理》杂志上。　　磁单极子是英国—瑞士物理学家狄拉克上世纪30年代早期提出的理论构想，一直未能被直接观察到。最初发现磁单极子的证据，是2009年10月由日德法英科学家共同进行的一项试验。实验发现在亚开氏度条件下，磁单极子会以一种准粒子的形式存在，并伴随狄拉克弦一同出现。　　研究人员在室温下，在一块仅有200纳米的人造磁体纳米材料——二维卡格姆自旋冰中，使用同步加速X射线光电效应显微镜，首次直接观察到了磁单极子的出现。研究由都柏林大学物理学院理论物理教授汉斯-本杰明·布劳恩和保罗·谢勒研究院劳拉·海德曼共同，爱尔兰科学基金会和瑞士国家科学基金会共同资助，使用了保罗·谢勒研究院瑞士光源(SLS)的高强X射线。　　磁单极子这个“假设”粒子，是只有一个磁极的磁体。布劳恩说，正像狄拉克预测的那样，磁单极子是与其“附着弦”即“狄拉克弦”相伴出现。狄拉克弦为磁单极子提供磁波，这跟花园里的水龙胶管给喷水器供水非常相似。　　布劳恩解释说，在生成磁场的每个时刻，都会触发一个与相邻磁岛相反的磁化“雪崩”连锁反应，就像一连串倒下的多米诺骨牌。这种磁化反向过程在晶核形成中，沿着一维的狄拉克弦“雪崩”般地将磁单极子—反磁单极子对分开。　　迄今为止，信息处理过程中用到的只有电荷，而磁荷在能耗和速度上将提供巨大的优势。当前的计算机硬盘存储磁性数据，下一代将可能使用微小的孤磁体。因此，随着进一步掌握磁单极子的属性，科学家将能开发出更高密度的数据存储硬盘，并具有更快的转录速度。　　这种人造研究系统，让科学家能在室温条件下控制磁单极子，为数据存储应用开辟了道路。这项发现还有助于科学家理解磁单极子在早期宇宙中是如何互相反应的。　　　　　　在此项研究中，科研人员首次证明，狄拉克所预言的磁单极子确实在固体中实际存在。通过特别操作处理偶极子就能产生磁单极子，它们具有跟磁性材料常见特征所全然不同的性能。除了这个基本发现之外，乔纳森．莫里斯强调这个结果还有更广泛的意义：“我们描述的是物质的全新和基本的属性。在所有这类空间结构的材料中
– 也就是在烧绿石晶格结构中具有磁矩的物质 - 这是普遍有效的。这对开发新技术可能具有重大意义。特别值得强调的是，这是首次在三维方向上观察到磁的破裂。& &&
　　　　　　亥姆霍兹柏林材料和能源中心（HZB）的科研人员通过与德累斯顿，圣安德鲁（英国），拉普拉塔（阿根廷）和牛津大学的同仁合作,首次验证了磁单极子的存在并在固体材料中观察到了它们产生的过程。他们的结果发表在最新一期《科学》杂志上，
9月3日已经提前登出网络版。　巴斯蒂安Klemke（Bastian Klemke）和乔纳森莫里斯（Jonathan Morris）在在柏林试验反应堆E2试验台上　（平锥式单晶体衍射仪）。
　　& && && && && &&
&&&　　磁单极子是物理学家们假想的只带有一个磁极的粒子，或者北磁极或者南磁极。这在物质世界却是异乎寻常的，磁性粒子通常都只能以偶极子的形式、即南北两极同时一起出现。尽管如此也一直有一些理论预言存在单极子，后者是磁场的起源。例如1931年，物理学家保罗．狄拉克就通过运算推导出磁单极子必定存在于所谓的狄拉克弦的末端。人们可以把弦想像为细管，它的一头带着磁极。但迄今为止，一直没有发现磁单极子。
　　& && && && && && &&&　　乔纳森．莫里斯（Jonathan
Morris）、阿兰．坦南特（Alan&&Tennant）和他们在亥姆霍兹柏林能源与材料中心（HZB）的同事在柏林试验反应堆上进行了中子散射实验。测试材料是一块钛酸镝晶体。这种材料具有一种非常特别的晶体结构
所谓的烧绿石晶格。莫里斯和坦南特利用中子散射证明，材料内部的磁矩具有所谓的“自旋通心粉”形态。这个名字描述的是偶极子的取向，它是由成束的传导磁通量的细管（弦）缠绕形成的。因为中子本身带有磁矩，通过与中子的相互作用实验人们可以观察到该结果。
　　& && && && && &&
&&&　　在中子测量中，研究人员还外加了一个磁场。通过这个磁场，他们可以影响弦的对称性和方向。从而能够降低弦的密度，减少单极子的数量。结果，当温度在0.6至2开尔文时，就看到了在末端有磁单极子的弦。
　　& && && && && && &&&　　在巴斯蒂安．克莱姆克（Bastian
Klemke）（HZB）操作的钛酸镝热容测量中，也观察到了磁单极子的典型特征。这进一步确认了磁单极子存在并表明它们就像电荷可以发生相互作用。
巴斯蒂安．克莱姆克正在操作HZB的比热容测量仪。
柏林材料与能源中心试验反应堆的E2实验台上的部分研究团队成员（从左到右依次为柯瑞丽．茹勒（Kirrily
Rule）乔纳森．莫里斯和巴斯蒂安．克莱姆克）。&中子散射实验示意图：中子击中样品后会扩散到弦上。由此产生的散射图片能提供反映弦特性的信息。当施加一个磁场时，狄拉克弦 –
在两端束缚有磁单极的弦 – 便会顺应磁场方向。&　　 & & & & & & & & & &&狄拉克弦的锥状散射图的三维仿真。 　　& && && && && && &&& 狄拉克弦的“自旋通心粉”结构的示意图。
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历史上的今天
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blogTitle:'科学家拍到磁单极子图像,或能用于生产高性能硬盘',
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