很难拍到蜂鸟每秒拍打翅膀50次的照片。曝光时间必须比机翼节拍的典型时间标度要短得多，否则您只会看到彩色的模糊。在固态物理学中会遇到类似的问题，其目的是确定材料的磁性能。特定位置的磁矩可能会很快变化。因此，研究人员需要足够快的测量方法来解决这些波动。考虑到这一基本思想，维也纳维也纳的科学家与维尔茨堡(德国)的研究小组合作，现已成功解决了固态物理学的难题。
磁性和超导性
“如果您想了解一种材料，则必须了解它的磁性 ”，TU Wien固态物理研究所的Alessandro Toschi教授说。“它们不仅告诉我们材料对磁场的反应方式，而且还与材料的其他特性(例如，其电学行为)密切相关。” 磁性材料的特性在寻找高温超导体中起着特别重要的作用。
但是，研究人员反复发现，对某些材料的磁性进行不同的测量会导致不同的结果。“有时根本没有获得有意义的结果，有时不同的测量方法导致了相互矛盾的数据，”维也纳工业大学固体物理学研究所的ClemensWatzenböck说。“我们现在已经能够通过纯粹的理论计算来解决这个谜团。”
电子的迁移率
来自维也纳和维尔茨堡的团队证明了材料中电子的迁移率决定了可以用来测量磁性的方法。“材料中电子的自旋会产生一个自发地波动的磁矩。这些磁波动是由电子的自然运动引起的。因此，磁矩也可以通过电子的运动很快消除， ” Toschi说。“电子在材料内部移动的速度越快，它们遮盖磁矩的速度就越快。”
这意味着，如果材料中存在使电子放慢速度的过程(例如，与其他电子或材料的振动原子的强散射，使得它们不再能够在晶体中快速移动)，则相应的磁矩保持可测量的时间更长。
Watzenböck解释说：“我们已经开发出一种方法，可以使我们通过完善的理论分析和数值模拟找出典型的时间尺度上特定材料中的磁矩被屏蔽的情况。” 仅当您使用一种可以在较短时间范围内产生结果的测量方法时，才能测量磁矩。如果测量花费的时间更长，则只会得到模糊的平均结果，类似于拍摄时间较长的蜂鸟的情况。
铁超导体
研究团队能够将这种方法应用于特别重要的铁基超导体材料类别。ClemensWatzenböck报告说：“我们能够证明，这些超导体中的磁波动的特征性时标随材料的不同而相差一个数量级，范围从大约3飞秒到大约30飞秒。”
这解释了为什么非弹性中子实验的结果对于某些材料而不是其他材料而言易于解释：此类中子实验的时间尺度约为10飞秒。对于某些材料而言足够短，而对于其他材料而言则太长。另一方面，如果使用其他测量方法(例如X射线光谱法)在较短的时间范围内运行，则所有这些材料的磁矩应保持清晰可见。
新开发的计算材料特征时标的方法不仅可以应用于磁性能，而且可以应用于其他重要的材料性能。Alessandro Toschi说：“我们认为我们的新方法在将来计划和正确解释各种光谱学实验时将非常有用，该领域仍然存在许多未解决的问题，现在我们希望通过我们的方法来改善了解已知材料的物理原理，甚至有助于寻找更好的新材料，例如具有高临界温度的超导体。”