交变磁性：一种新型磁性，对技术和研究具有广泛意义

现在，磁性家族又增加了一个新成员：由于瑞士光源SLS的实验，研究人员已经证明了交变磁性的存在。这一新的磁学分支的实验发现发表在《自然》杂志上，标志着新的基础物理学，对自旋电子学具有重大意义

磁性不仅仅是粘在冰箱上的东西。这一认识源于近一个世纪前反铁磁体的发现。从那时起，磁性材料家族被分为两个基本阶段：几千年来已知的铁磁分支和反铁磁分支

由捷克科学院与Paul Scherrer Institute PSI领导的国际合作，在瑞士光源SLS进行了磁性第三个分支（称为交变磁性）的实验证明

基本磁相是由磁矩（或电子自旋）和晶体中携带磁矩的原子的特定自发排列定义的

铁磁体是粘在冰箱上的磁体类型：这里的自旋指向同一方向，产生宏观磁性。在反铁磁性材料中，自旋指向交替的方向，结果是这些材料没有宏观净磁化强度，因此不会粘在冰箱上。尽管其他类型的磁性已被分类，如抗磁性和顺磁性，但这些磁性描述了对外部施加的磁场的特定响应，而不是材料中的自发磁序

交替磁体具有自旋排列和晶体对称性的特殊组合。自旋交替，如在反铁磁体中，导致没有净磁化。然而，对称性并不是简单地抵消，而是产生了一种具有强自旋极化的电子能带结构，当你穿过材料的能带时，这种结构会朝着相反的方向翻转——因此得名可变磁体。这导致了与铁磁体更相似的非常有用的性质，以及一些全新的性质

一个新的有用的兄弟

这第三个磁性兄弟为下一代磁存储器技术（称为自旋电子学）的发展领域提供了明显的优势。虽然电子学只利用电子的电荷，但自旋电子学也利用电子的自旋态来携带信息

尽管自旋电子学多年来一直承诺要彻底改变IT，但它仍处于初级阶段。通常，铁磁体已被用于此类器件，因为它们提供了某些非常理想的强自旋相关物理现象。然而，在许多其他应用中有用的宏观净磁化对这些设备的可扩展性造成了实际限制，因为它会导致比特之间的串扰，比特是数据存储中的信息承载元件

最近，反铁磁体已被研究用于自旋电子学，因为它们受益于没有净磁化，因此提供了超可扩展性和能效。然而，在铁磁体中非常有用的强自旋相关效应是缺乏的，这再次阻碍了它们的实际应用

这里进入具有两者最好的交替磁体：零净磁化以及通常在铁磁体中发现的令人垂涎的强自旋相关现象——这些优点被认为是基本上不相容的

这项研究的首席研究员、捷克科学院物理研究所的TomášJungwirth说：“这就是交替磁铁的魔力。”。“人们认为不可能的事情，直到最近的理论预测[表明]事实上是可能的。”

搜索

不久前就开始了一种新型磁性潜伏的传言：2019年，Jungwirth与捷克科学院和美因茨大学的理论同事一起确定了一类具有自旋结构的磁性材料，该材料不符合铁磁性或反铁磁性的经典描述

2022年，理论家们发表了他们对交变磁性存在的预测。他们在从绝缘体和半导体到金属和超导体的材料中发现了200多个交变磁候选者。这些材料中的许多在过去已经为人所知并被广泛探索，但没有注意到它们的交变磁性。由于交变磁场带来了巨大的研究和应用机会，这些预测在社区内引起了极大的轰动。搜索正在进行中。

X射线提供了证据

要获得互磁存在的直接实验证据，需要证明在互磁中预测的独特自旋对称特性。使用SLS的SIS（COPHEE端站）和ADRESS光束线的自旋和角度分辨光电发射光谱进行了证明。这项技术使该团队能够可视化疑似可变磁体电子结构中的一个信号特征：对应于不同自旋态的电子带的分裂，称为Kramers自旋简并的提升

这一发现是在碲化锰晶体中发现的，碲化锰是一种众所周知的简单双元素材料。传统上，这种材料被视为经典的反铁磁体，因为相邻锰原子上的磁矩指向相反的方向，产生消失的净磁化

然而，反铁磁体不应表现出磁序提升的Kramers自旋简并性，而铁磁体或交变磁体应表现出。当科学家们看到Kramers自旋简并的提升，伴随着净磁化的消失时，他们知道他们看到的是一个交替磁铁

“由于我们测量的高精度和灵敏度，我们可以检测