大多數(shù)人都知道，電子是圍繞原子核的帶負(fù)電粒子，其行為控制著化學(xué)相互作用。然而，鮮為人知的是，電子有兩種不同的類型：自旋向上和自旋向下。向上和向下自旋電子之間的配對(duì)趨勢(shì)，相互形成“舞伴”，是影響控制自然化學(xué)的電子云的最重要行為之一。在地球深處的壓力下，電子運(yùn)動(dòng)的軌道受到擠壓，“舞池”發(fā)生了變化。電子對(duì)有時(shí)被迫改變他們的舞蹈模式和他們彼此合作的方式，從而產(chǎn)生所謂的“電子自旋配對(duì)交叉”(“自旋交叉”
長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直預(yù)測(cè)這種自旋交叉會(huì)在中地幔(約 1500 公里深)的高壓下發(fā)生在一種稱為“鐵方鎂石”的礦物中，這種礦物被認(rèn)為是地球巖石地幔中含量第二豐富的物質(zhì)。高壓實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以及基于量子力學(xué)的計(jì)算模型都已廣泛證實(shí)了對(duì)鐵方鎂石自旋交叉的這種預(yù)測(cè)。然而，這種自旋交叉的預(yù)測(cè)效果逃脫了地震學(xué)檢測(cè)，讓深地研究人員懷疑這些預(yù)測(cè)是否有缺陷，或者地幔中的條件是否抑制了地震表達(dá)。
發(fā)表在《自然通訊》上的新研究論文由包括地球生命科學(xué)研究所 (ELSI) 教授 John W. Hernlund(東京理工學(xué)院)和 ELSI 特別任命的助理教授 Christine Houser 在內(nèi)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)提出的這種自旋交叉在鐵鎂石中的獨(dú)特地震學(xué)特征。該團(tuán)隊(duì)的檢測(cè)方法基于 P 波和 S 波的自旋交叉的不同行為，這兩種不同的地震波通過(guò)地球傳播。地震學(xué)家使用這兩種波(由地震產(chǎn)生并在全球地震臺(tái)記錄)以大致類似于醫(yī)學(xué) CT 掃描的程序生成地幔的斷層圖像。這些圖像揭示了傳播這兩種地震波的物質(zhì)比平均速度更快或更慢。
在中地幔深度成像的高波速度特征的地震圖像顯示，與 S 波對(duì)應(yīng)物相比，突出的地震快速特征的 P 波特征變得柔和。事實(shí)證明，對(duì)于在中地幔條件下含有合理數(shù)量的鐵方鎂石的巖石來(lái)說(shuō)，正是這種行為是預(yù)期的，并且是由自旋交叉引起的體積減少以及它在更寬的壓力范圍內(nèi)變寬的組合引起的。更高的溫度。
在這種可能的聯(lián)系的鼓舞下，研究小組假設(shè)，如果自旋交叉解釋了中地?？焖俚卣鹛卣髦械倪@種行為，那么由于高溫下的自旋轉(zhuǎn)變特征，它也應(yīng)該發(fā)生在更深的緩慢特征中。 .當(dāng)他們?cè)诼卣髦袑ふ疫@種特征時(shí)，他們?cè)俅伟l(fā)現(xiàn)了 P 波特征相對(duì)于他們預(yù)測(cè)的更深深度的 S 波特征減弱的證據(jù)。
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