作者:麻省理工学院的桑迪·米勒
一幅漫画展示了一种滞后现象——当一种物理属性的值滞后于引起它的效果的变化时——在徒步旅行期间，有不同的上坡和下坡路径
信用:鲁新月 当温度变化时，许多材料会发生相变，比如液态水变成冰，或者金属变成超导体
有时，这种相变伴随着所谓的磁滞回线，因此转变温度根据材料是冷却还是升温而不同
在《物理评论快报》(Physical Review Letters)的一篇新论文中，由麻省理工学院物理学教授努赫·格迪克(Nuh Gedik)领导的全球研究团队在一种名为EuTe4的层状化合物中发现了一种不寻常的滞后转变，这种滞后现象覆盖了超过400 kelvins的巨大温度范围
这种大的热跨度不仅打破了结晶固体的记录，而且有望在具有层状结构的材料中引入一种新型的转变
这些发现将为极端温度范围内固体滞后行为的基础研究创造一个新的平台
此外，存在于巨大磁滞回线中的许多亚稳态为科学家提供了充分的机会来精细地控制材料的电性能，这可以在下一代电开关或非易失性存储器中找到应用，非易失性存储器是一种断电时仍能保存数据的计算机存储器
研究人员包括博士后柏青·卢和研究生艾尔弗雷德·宗博士
D
来自Gedik实验室，以及来自全球14个机构的26人
本文进行的实验工作利用了美国和中国最先进的同步加速器设施，其中明亮的光源由一公里长的圆形轨道中快速移动的带电粒子产生，强光聚焦在EuTe4上以揭示其内部结构
格迪克和他的团队还与包括鲍里斯·法恩教授和A
V
来自德国和俄罗斯的罗兹科夫，他们都帮助将实验观测中的许多难题整合成一幅连贯的画面
迟滞和热记忆 滞后是一种现象，其中材料对扰动(如温度变化)的响应取决于材料的历史
滞后表明系统被困在能量景观中的某个局部但非全局最小值中
在以长程有序为特征的结晶固体中，即在整个晶体上存在原子排列的周期性图案的地方，滞后通常发生在相当窄的温度范围内，在大多数情况下从几千到几十千伏
“在EuTe4中，我们发现滞后超过400开尔文的温度范围非常宽，”Lyu说
“实际数字可能要大得多，因为这个值受到当前实验技术能力的限制
这一发现立即引起了我们的注意，我们对EuTe4的实验和理论表征相结合，挑战了关于晶体中可能发生的滞后转变类型的传统观点
" 滞后行为的一个表现是材料的电阻
通过冷却或加热EuTe4晶体，研究人员能够将它们的电阻率改变几个数量级
宗解释说:“在给定温度下，比如在室温下，电阻率的值取决于晶体过去是更冷还是更热。”
“这一观察向我们表明，这种材料的电学性质在某种程度上对其热历史有记忆，微观上，这种材料的性质可以保留过去不同温度下的特征
这种“热存储器”可以用作永久温度记录器
例如，通过测量EuTe4在室温下的电阻，我们可以立即知道材料在过去经历的最冷或最热的温度是多少
" 奇怪的发现 研究人员还发现了滞后现象的几个奇怪之处
例如，与晶体中的其他相变不同，在大的温度范围内，他们没有观察到电子或晶格结构的任何变化
“微观变化的缺失看起来对我们来说确实很奇怪，”Lyu补充道，“更神秘的是，与其他滞后转变敏感地依赖于冷却或变暖的速度不同，EuTe4的滞后回路似乎不受这一因素的影响
" 给研究人员的一个线索是电子在EuTe4中的排列方式
宗解释说:“在室温下，EuTe4晶体中的电子自发地凝聚成低密度和高密度的区域，在原始周期晶格的顶部形成次级电子晶体。”
“我们认为与巨大磁滞回线相关的奇怪现象可能与这种次级电子晶体有关，在这种晶体中，这种化合物的不同层表现出无序的运动，同时建立了长程周期性
" “EuTe4的分层特性在这种滞后现象的解释中至关重要，”Lyu说
“不同层中的次级晶体之间的弱相互作用使它们能够相对于彼此移动，因此在磁滞回线中产生许多亚稳态构型
" 下一步是设计方法，除了改变温度，在受试者4中诱发这些亚稳态
这将使科学家能够以技术上有用的方式操纵它的电特性
格迪克说:“我们可以产生短于百万分之一秒的强激光脉冲。”
“下一个目标是在发出一道闪光后，将EuTe4骗至不同的电阻状态，使其成为一种超快电子开关，例如，可用于计算设备
"
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