在绿色技术的一次飞跃中，保罗谢勒研究所的研究人员发现了一种无需笨重磁体、仅用电场即可操控磁质构型的方法。他们的明星材料？一种名为氧硒化铜的奇特晶体——该材料在低温下会形成螺旋状与圆锥状的磁性旋涡图案。通过施加不同电场，他们实现了弯曲、扭转甚至翻转这些磁构型，这在磁电材料领域尚属首次。该突破为超高能效数据存储、传感器及计算技术开启了大门，同时可节省海量能源。
随着人工智能和数据中心对能源的需求日益增长，科学家们正在寻找更智能、更绿色的技术。这正是磁电材料的用武之地——这是一类特殊的化合物，其电学与磁学性质相互关联。这种关联性使研究人员能够利用电场控制磁性，这或将为超节能存储与计算设备铺平道路。
硒酸铜(Cu₂OSeO₃)就是这样一种橄榄绿色晶体的磁电材料。在低温下，原子自旋会排列成奇特的磁织构，形成螺旋和锥形等结构。这些图案的尺度远大于基础原子晶格，且不受其几何结构约束，因此具有高度可调性。
中子探测电场调控磁性过程
如今，瑞士保罗谢勒研究所（PSI）的科学家证实，电场可操控硒酸铜内部的磁织构。在典型材料中，由原子自旋扭曲和排列形成的磁结构通常锁定在特定方向。而对硒酸铜施加适当电压时，研究人员能够推动并重新定向这些磁结构。
这是首次在材料中实现电场对磁织构传播方向的连续重定向——这种效应被称为磁电偏转。
为研究磁结构，团队使用了瑞士散裂中子源（SINQ）的SANS-I中子束线。该设施利用中子束在纳米尺度上绘制固体内部磁结构的排列与取向。研究人员通过定制设计的样品环境，在施加强电场的同时，利用小角中子散射（SANS）技术同步探测晶体内部的磁化状态。
PSI束线科学家乔纳森·怀特表示："用电场调控如此大尺度磁织构的能力，展现了创造性实验与世界级研究设施结合所能实现的突破。我们能捕捉磁电偏转这般精妙效应，正是得益于SANS-I卓越的分辨率和多功能性。"
从新物理现象到新技术应用
新发现的磁电偏转现象促使团队深入探究其基础物理机制。研究发现令人振奋：磁结构并非单一响应，而是随电场强度呈现三种截然不同的行为模式。低电场下磁结构产生线性响应的温和偏转；中等电场引发复杂的非线性行为；强电场则导致磁织构传播方向发生90度的剧烈翻转。
该研究第一作者、PSI博士后研究员萨姆·穆迪指出："每种模式都具有独特特征，可集成至传感与存储设备。特别令人兴奋的是混合器件的前景——通过调节施加磁场的强度，能精确控制这些行为模式的触发阈值。"
磁电偏转响应为控制磁性提供了强大的新工具，无需依赖高能耗磁场。研究人员操控磁性的高度灵活性，使其在可持续技术应用中展现出激动人心的前景。