在近一个世纪的时间里,磁性的研究一直由两种主要类型之间的对立主导:铁磁性和反铁磁性。铁磁体(如传统磁铁中所使用的材料)具有指向相同方向的电子自旋,从而产生可观测的磁场。反铁磁体的自旋呈交替排列并相互抵消,导致没有净磁效应。虽然这两种磁性在过去几十年中已被充分理解,但研究人员最近发现了一类“狡黠”的材料,它们似乎同时具备两者的特征,这导致了 2022 年“交变磁性”概念的提出。
交变磁性的特征在于其晶格结构中的特定几何配置。虽然它们保持与反铁磁体相似的交替自旋模式(上-下-上-下),但围绕“上”自旋的晶体结构相对于围绕“下”自旋的结构发生了旋转。这种对称性破缺使交变磁体具备一种独特的属性:能够产生自旋极化电流,而这一特性通常仅保留给铁磁体。通过将反铁磁体的零净磁化强度与铁磁体的功能实用性相结合,交变磁体为下一代电子产品提供了一个潜在的中间地带。
为了提供确凿的证据,由 Daniel Jost 在 SLAC 和斯坦福材料与能源科学研究所领导的团队研究了碲化锰(MnTe)。研究人员试图识别“手性”——即材料结构中缺乏于传统反铁磁体的“左右手”感。通过在欧洲同步辐射设施使用圆偏振 X 射线,团队观察到该材料对左手偏振和右手偏振光束的散射不同。这种手性特征证实了 MnTe 是交变磁体,为这种新的磁相提供了坚实的实验基础。这些材料最终可用于制造比铁磁体更稳定、比反铁磁体更易读取的自旋电子器件,可能带来更快、更低功耗的计算和数据中心技术。

研究人员在欧洲同步辐射设施使用圆偏振 X 射线来观察材料的手性特征。