科學家證實交變磁性存在有望催生新型磁性電子元件

最新一期《自然》雜志報道，瑞士、德國、奧地利等國科學家通過測量碲化錳晶體內的電子結構，證實了交變磁性的存在。南方科技大學物理系教授劉奇航對科技日報記者表示，交變磁體融合了現有傳統的鐵磁和反鐵磁體的特性。最新研究有望催生新型磁性電子元件和高容量快速存儲設備，為實現后摩爾定律時代的電子器件提供更多可能。值得注意的是，同一期《自然》雜志也刊發了劉奇航等中國科學家關于類似主題的論文。

直到20世紀，人們還認為只有一種永磁體的形式，即鐵磁體，就像磁鐵、冰箱貼或指南針等，可以提供外部磁場。鐵磁體的磁場由排列成同一方向的磁體電子的自旋引起。但20世紀30年代，法國物理學家路易·奈爾發現了另一種磁性，即反鐵磁性，其中電子的自旋上下交替。由于反鐵磁體不具備鐵磁體的外部磁場，因此難以像鐵磁儲存介質那樣實現信息的寫入和讀取。

2019年，研究人員預測某些反鐵磁體晶體結構內會呈現鐵磁體中的性質，無法用傳統理論予以解釋。劉奇航指出，這一類非常規反鐵磁性也被稱為交變磁性，是導致出現上述電子效應的原因。但此前一直沒有人看到過這種結構本身的電子特征，因此科學家并不確定這是一種新磁性。

為證實這一點，瑞士保羅謝勒研究所團隊測量了光如何從碲化錳上反彈，以測定晶體內電子的能量和速度。在繪制出這些電子的圖譜后，研究團隊發現它們幾乎與交變磁性材料的理論模擬完全匹配。研究顯示，電子似乎被分成兩組，這使它們在晶體內更“活躍”，這也是交變磁性的來源。劉奇航團隊也在二碲化錳中觀測到了這種奇特的電子結構。

研究人員指出，交變磁體不像鐵磁體那樣擁有外部磁場，可用其制造互不干擾的磁性設備。交變磁體甚至可用于制造使用自旋而非電流進行測量和計算的自旋電子計算機。