在绿色技术领域取得突破性进展之际，保罗谢勒研究所的研究人员发现一种利用电场操控磁结构纹理的方法，无需笨重的磁体。关键材料是一种名为氧硒化铜的奇特晶体，其在低温下会形成螺旋和锥形等磁性图案。通过施加不同电场，他们成功实现了对这些磁结构的弯曲、扭转甚至翻转——这在磁电领域开创了先例。该技术为超高效率数据存储、传感器及计算系统开辟了新途径，同时可节省巨额能源消耗。
随着人工智能和数据中心的能耗需求日益增长，科学家们正在寻找更智能、更环保的技术。这正是磁电材料发挥作用之处——这类特殊化合物能将电学特性与磁学特性相互关联。通过这种关联，研究人员可利用电场控制磁性，这有望为超低能耗存储和计算设备开辟道路。
橄榄绿色晶体氧硒化铜(Cu₂OSeO₃)就是这样一种磁电材料。在低温环境下，其原子自旋排列成奇异磁织构，形成螺旋和圆锥等结构。这些图案的尺度远大于底层原子晶格，且不受晶格几何结构束缚，因而具有高度可调性。
中子观测电场重构磁性
如今，瑞士保罗谢勒研究所(PSI)的科学家证实，电场能操控氧硒化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被锁定在特定取向上。而施加适当电压时，研究人员可对氧硒化铜中的磁结构进行微调与重新定向。
这是首次在材料中实现利用电场连续重定向磁织构的传播方向——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。该设施通过中子束以纳米级精度绘制固体内部磁结构的排列与取向。研究人员借助定制设计的样品环境，在施加强电场的同时，运用小角中子散射(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的磁织构，展现了创新实验与世界级研究设施结合所能实现的突破。我们能捕获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
新发现的磁电偏转效应推动了对底层物理机制的深入研究。令人惊奇的是：磁结构不仅对外场产生响应——它们会依据电场强度呈现三种截然不同的行为模式。弱电场以线性响应对磁结构产生温和偏转；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度剧烈翻转。
论文第一作者、PSI博士后研究员山姆·穆迪表示："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——通过改变外加磁场强度，可调控这些行为模式的触发阈值。"
磁电偏转效应为控制磁性提供了强大的新工具，且无需依赖高能耗磁场。研究人员操控磁性的高度灵活性，使这项发现在可持续技术应用领域展现出激动人心的前景。