在國家自然科學基金項目（批準號：12525410、12274194、12574275、12534003）等資助下，南方科技大學物理系和量子功能材料全國重點實驗室、粵港澳大灣區量子科學中心劉奇航教授團隊構建基于對稱性的磁序分類理論，實現了對磁性從傳統現象學描述到嚴格數學描述的突破。相關成果以“基于定向自旋空間群的磁序分類（Symmetry Classification of Magnetic Orders using Oriented Spin Space Groups）” 為題，于2026年 4 月 22 日在線發表于《自然》（Nature）期刊，文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10401-1。
磁性是凝聚態物理重要的研究領域之一，在信息存儲、自旋電子學和量子材料等領域具有重要應用前景。根據系統是否顯示宏觀磁化，磁有序結構通常被劃分為鐵磁性和反鐵磁性兩類。隨著反鐵磁自旋電子學的發展以及交錯磁體等非常規磁性材料的發現，傳統的磁性框架逐漸顯現出嚴密性不足的局限。究其原因，是過去幾十年來，物理學界主要依賴磁空間群框架來描述磁性材料的對稱性，而磁空間群操作要求自旋與晶格的旋轉保持一致，導致了它無法完整描述磁序的幾何特性。
為解決這一問題，研究團隊采用了近期發展的自旋空間群框架對磁性進行劃分。在該框架下，磁序的鐵磁-反鐵磁二分關系可以由自旋空間群是否強制系統的凈自旋為零這一對稱性條件嚴格定義。在此基礎上，為了統一傳統的磁空間群和新興的自旋空間群對于磁性材料的理論描述，研究團隊進一步提出“定向自旋空間群”的概念，揭示了引入自旋軌道耦合后對稱性從自旋空間群降低為磁空間群的過程。該框架可同時保留兩類對稱性描述的完整信息，成為更充分地描述磁性材料對稱性的新方案。
基于此，研究團隊發現，在反鐵磁的大類中有一種特殊磁性，表現為由自旋軌道耦合誘導的對稱性破缺產生凈磁化，因此被命名為“自旋軌道磁性”（Spin-Orbit Magnetism）。這類材料在不考慮自旋軌道耦合時表現為反鐵磁，而在引入自旋軌道耦合后可產生有限磁化，并表現出類似鐵磁體的宏觀物理性質。通過以非共線反鐵磁Mn3Sn為例的理論推導與密度泛函理論計算，研究團隊展示了OSSG框架預測材料效應的能力。研究團隊進一步通過自主開發的在線分析程序FINDSPINGROUP（https://findspingroup.com）對MAGNDATA數據庫中2065種實驗已知磁性材料進行了系統篩選。其中479種材料屬于鐵磁體系、1586種材料屬于反鐵磁體系，其中224種反鐵磁材料具有自旋軌道磁性（圖）。該研究為分析和理解最近涌現的磁性分類提供了統一理論框架，也為尋找更多未知的非常規磁體提供了新的工具。
圖 基于OSSG和磁空間群對稱性判據的磁性分類和基于MAGNDATA數據庫的磁性材料分類統計