科研人員在嫦娥六號月壤中發現穩定單渦旋態

　　近日，中國科學院合肥物質院聯合地質與地球物理研究所等，在嫦娥六號返回月壤磁性礦物研究方面取得進展。研究團隊首次在天然月球樣品中發現能夠穩定保存的面心立方結構γ-Fe，并揭示其穩定的單磁渦旋態，為認識月球表面磁性礦物及其剩磁記錄機制提供了新的物質基礎。

　　月表廣泛分布的剩磁表明月球早期曾可能存在全球性磁場。月球古磁場究竟源于月核發電機，還是受到大型撞擊等外部過程影響，一直是月球磁學研究的重要問題。月壤中的磁性礦物是記錄這些磁場信息的重要載體，其種類、磁疇狀態及載磁機制對于認識月球磁場演化具有重要意義。

　　團隊在嫦娥六號月壤中選取含金屬鐵的撞擊玻璃顆粒，結合聚焦離子束制樣、高分辨透射電子顯微鏡及成分分析，發現大量納米級金屬鐵顆粒分散在玻璃質基體中。晶體結構分析證實，其中存在面心立方結構的γ-Fe。在統計的兩個撞擊玻璃樣品中，γ-Fe均為主要鐵相。由于γ-Fe通常只在高溫條件下穩定存在，并在冷卻過程中轉變為α-Fe，表明特殊的月表撞擊環境能夠使γ-Fe在常溫下保存至今。

　　團隊進一步利用離軸電子全息技術，在單顆粒尺度解析了γ-Fe的磁結構，發現尺寸較大的γ-Fe納米顆粒呈現穩定的單磁渦旋態。在逐漸增強的外加磁場下，其磁渦旋結構持續演化，表現出穩定的磁響應，表明這種γ-Fe具有保存剩磁信息的能力。

　　研究認為，γ-Fe能夠在月表環境下長期保存的原因，可能與微量γ相穩定元素摻入和撞擊熔體快速冷卻的共同作用相關。微量碳可能降低γ-Fe的相變傾向，而撞擊產生的熔體在無大氣月表環境中快速淬火，可抑制碳擴散以及γ-Fe向α-Fe的結構轉變；快速固化的玻璃基質還可能通過力學約束進一步穩定其晶格結構。

　　該發現為理解月球古磁場記錄提供了新視角。γ-Fe與α-Fe具有不同的形成溫度和磁學響應，可能記錄撞擊過程中不同階段的磁場信息。未來結合進一步的磁學實驗和微磁模擬，有望評估γ-Fe對瞬態撞擊磁場和月球發電機磁場的記錄能力，為認識月球磁場演化及月表物質磁化機制提供新依據。

　　相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。