在绿色技术领域的重大突破中，保罗谢勒研究所的研究人员发现了一种利用电场调控磁纹理的方法——无需笨重磁体。其核心材料是一种名为氧硒化铜的奇异晶体，这种晶体在低温下会形成螺旋状和圆锥状等磁性图案旋涡。通过施加不同电场，他们首次实现了对这些图案的弯曲、扭转甚至翻转——这在磁电材料领域尚属首次。该技术为超高效数据存储、传感器及计算系统开辟了道路，同时可节省大量能源。
随着人工智能和数据中心对能源的需求日益增长，科学家们正在寻求更智能、更环保的技术。磁电材料由此进入视野——这是一类特殊的化合物，其电学与磁学特性相互关联。这种关联使研究人员能够利用电场控制磁性，为开发超高能效的存储和计算设备铺平道路。
橄榄绿晶体硒酸铜(Cu₂OSeO₃)正是这样一种磁电材料。在低温下，原子自旋会排列成奇异的磁织构，形成螺旋体和锥体等结构。这些模式的尺寸远大于其底层原子晶格，且不受晶格几何结构束缚，因而具有高度可调节性。
中子观测电场重定向磁性
如今，保罗谢勒研究所（PSI）的科学家证实，电场可以操控硒酸铜内部的这些磁织构。在常规材料中，由原子自旋扭曲与排列形成的磁结构通常固定在特定取向上。而对硒酸铜施加适当电压后，研究人员能够推动并重新定向这些结构。
这是首次在材料中利用电场实现磁织构传播方向的连续重新定向——该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束线装置。该设施利用中子束在纳米尺度上测绘固体内部磁结构的排列与取向。通过定制设计的样品环境，研究人员在施加强电场的同时，采用小角中子散射（SANS）技术探测晶体内部的磁化状态。
PSI束线科学家乔纳森·怀特指出："用电场操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的可能性。我们之所以能捕捉到磁电偏转这类微妙效应，归功于SANS-I束线卓越的分辨率和多功能性。"
从新物性到新技术
新发现的磁电偏转效应推动了对基础物理机制的深入研究。结果令人振奋：磁结构不仅产生响应——其行为更会依据电场强度呈现三种截然不同的模式。低强度电场以线性响应的方式温和偏转磁结构；中强度电场引发更复杂的非线性行为；高强度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·穆迪解释道："每种模式都展现出独特特征，可集成至传感与存储设备中。尤其令人兴奋的是开发混合器件——通过改变外加磁场强度来调节这些模式的触发阈值。"
磁电偏转效应为控制磁性提供了强大的新工具，且无需依赖高能耗的磁场。研究人员操控磁性的高度灵活性使其在可持续技术应用领域展现出令人期待的前景。