科学家证实交变磁性存在有望催生新型磁性电子元件

最新一期《自然》杂志报道，瑞士、德国、奥地利等国科学家通过测量碲化锰晶体内的电子结构，证实了交变磁性的存在。南方科技大学物理系教授刘奇航对科技日报记者表示，交变磁体融合了现有传统的铁磁和反铁磁体的特性。最新研究有望催生新型磁性电子元件和高容量快速存储设备，为实现后摩尔定律时代的电子器件提供更多可能。值得注意的是，同一期《自然》杂志也刊发了刘奇航等中国科学家关于类似主题的论文。

直到20世纪，人们还认为只有一种永磁体的形式，即铁磁体，就像磁铁、冰箱贴或指南针等，可以提供外部磁场。铁磁体的磁场由排列成同一方向的磁体电子的自旋引起。但20世纪30年代，法国物理学家路易·奈尔发现了另一种磁性，即反铁磁性，其中电子的自旋上下交替。由于反铁磁体不具备铁磁体的外部磁场，因此难以像铁磁储存介质那样实现信息的写入和读取。

2019年，研究人员预测某些反铁磁体晶体结构内会呈现铁磁体中的性质，无法用传统理论予以解释。刘奇航指出，这一类非常规反铁磁性也被称为交变磁性，是导致出现上述电子效应的原因。但此前一直没有人看到过这种结构本身的电子特征，因此科学家并不确定这是一种新磁性。

为证实这一点，瑞士保罗谢勒研究所团队测量了光如何从碲化锰上反弹，以测定晶体内电子的能量和速度。在绘制出这些电子的图谱后，研究团队发现它们几乎与交变磁性材料的理论模拟完全匹配。研究显示，电子似乎被分成两组，这使它们在晶体内更“活跃”，这也是交变磁性的来源。刘奇航团队也在二碲化锰中观测到了这种奇特的电子结构。

研究人员指出，交变磁体不像铁磁体那样拥有外部磁场，可用其制造互不干扰的磁性设备。交变磁体甚至可用于制造使用自旋而非电流进行测量和计算的自旋电子计算机。