研究人员成功制备了沿两个方向对称分离的NiS超细纳米棒

晶体对称性是材料科学中的一个基本概念，在决定结构与性能关系中起着至关重要的作用。通常，晶体是由在三维空间中周期性重复的结构单元组成的固体，形成了一个既表现出平移对称性又表现出旋转对称性的系统

当系统内特定形式的对称性因自发过程或外部影响而被破坏时，往往会出现新的物理现象和化学性质。然而，在设计和调节材料中的原子构型方面的广泛努力主要集中在操纵几何形状、化学掺杂和局部环境上；新型对称材料的报道很少

针对这一差距，由北航大学的林果教授、复旦大学的车仁超教授、清华大学的林谷教授和中国科学院物理研究所的郭尔佳教授组成的研究小组报道了一种具有新颖对称分布的NiS超细纳米棒。研究结果发表在《国家科学评论》杂志上

这种纳米棒的原子排列表现出径向旋转对称性和轴向平移对称性。这是在单个纳米结构内首次证明与方向相关的对称分离，它超越了已知三维空间群和点群中材料结构的传统描述，超越了晶体学的传统定义

由于其独特的晶体结构，纳米棒在不同方向上同时显示出条纹磁畴和涡旋磁畴的组合磁性。详细的结构表征表明，NiS纳米棒的截面轮廓明显显示出规则的五环原子图案，而不是传统的周期晶格。在径向上，NiS纳米棒表现出旋转对称性，但缺乏平移对称性

相反，当从侧面观察时，NiS纳米棒显示出规则的平移周期性。然而，在原子尺度上仅存在水平条纹和无序的原子结构表明原子的径向投影周期性是无序的，并且径向对称性被破坏

实验结果表明，一旦NiS纳米棒生长到一定直径，它们只表现出传统的类晶体旋转和平移对称性

此外，研究团队使用洛伦兹显微镜在纳米尺度上测量了NiS纳米棒的磁性分布。结果表明，NiS纳米棒具有轴向反平行的条纹磁畴和径向排列的涡旋磁畴，表明电子自旋排列遵循固有的原子排列

沿着长轴，长程有序原子排列产生排列的自旋和磁矩，形成畴壁。在径向方向上，原子的圆形排列限制了自旋的排列一致性，导致磁矩形成闭环

在短端，在NiS纳米棒中观察到的对称分离表明了多个磁序的整合，这是以前在传统晶体、准晶体和非晶材料中没有看到的现象。这种由独特的晶体对称性引起的固有磁配置为发现新的磁耦合和促进高密度非易失性磁记录介质提供了新的材料和设计概念