曹云姗老师在Physical Review E发表研究成果

2018-4-11 10:30:21本站

      自然界有很多生物能够感知地球磁场,比如帝王蝶,鲑鱼,龙虾,海龟以及迁徙的鸟类等可以利用地磁场做到长途跋涉而不迷路。这种磁感受机制的生物物理起源如今还是一个未解之谜。 2016年北京大学谢灿研究组报道了一种磁受体蛋白Drosophila CG8198 (MagR) [S. Qin et al., Nat. Mater. 15, 217 (2016)。该蛋白通过多聚化组装形成了一个包含40个铁原子,长度约为24纳米的棒状蛋白质复合物,就像一根小磁棒具有南北极。然而,这个结论随后受到了加州理工学院生物与生物工程系Markus Meister的质疑 [M. Meister, Elife 5, e17210 (2016)]。通过估算,Markus Meister指出40个铁原子磁矩与地球磁场(~25-65 μT)的耦合比室温下的热噪声小5个数量级,因而随机涨落会彻底破坏磁矩的方向,让磁蛋白失去指南针功能。在本文中,我们研究发现原子尺度下的自旋-机械耦合,也就是角动量在自旋自由度和刚体转动之间的相互转换,会让磁蛋白获得很好的室温指南针能力。从随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程出发,我们的理论计算表明,考虑自旋-机械耦合之后,室温下65%的磁矩会平行于地磁场的方向排列,与此同时,MagR内部小磁棒绕自身长轴的转动角频率会达到1011 rad/s。我们的结果为澄清关于MagR热学性质的争议提供了一条途径,也会激发对原子尺度下自旋-机械耦合研究的广泛兴趣。


   该工作得到了国家自然科学基金委,科技部国家重点研发计划的资助。

 

论文链接:Phys. Rev. E 97, 042409 (2018)

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