我们通常认为磁体是二元的。电池有正负两极。指南针指向南北。直到去年年底，磁性只有两种：铁磁性和反铁磁性。
2024 年底，科学家们发现了第三种磁性：交变磁性。这种兼具另外两种磁体特性的磁性，有望大大提高计算机的内存存储容量，从而节省能源和稀土材料。它还有助于推动超导性的研究。
一种新型磁性
2019 年，德国约翰内斯·古腾堡大学（JGU）的研究人员偶然发现了一个无法用已知的两种“传统”磁性来解释的现象，当时这还仅仅是一个理论概念。经过 JGU 团队与英国诺丁汉大学研究人员以及其他人的共同努力，在 2024 年，他们通过实验证实了第三类磁性（交变磁性）是一种合法的磁性形式。此后，已发现超过 200 种材料具有交变磁性。
尽管其工作原理和潜在应用背后的理论相当深奥且复杂（涉及量子力学和自旋电子学等概念），但其实际应用前景如此光明且深远，以至于《科学》杂志将其评为 2024 年的年度物理学十大突破。
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不同类型的磁性
在我们深入探讨这项突破之前，让我们先来分解一下这三种磁性是如何工作的，以及它们各自的优缺点。
铁磁性
这是我们对磁性的传统理解，可以追溯到古希腊时期，也是我们大多数人在小学学到的。它通过将所有磁性运动排列在同一方向来实现。这种形式非常适合存储计算机信息，但不够稳定；例如，磁体很容易擦除硬盘驱动器上的数据。
反铁磁性
顾名思义，这种形式的作用方式相反。它采用交替的棋盘状排列。这种不均匀的能量方向分布使其成为一种不适合存储的系统——但与它的相反，它非常稳定。
交变磁性
在特性和机制方面，它介于另外两者之间。与反铁磁性一样，交变磁体的能量以棋盘状图案分布——但有一个重要的转折。每个能量单元实际上是扭曲的，而不是线性的。电子在这种扭曲的方向上以统一的方式自旋。
“交变磁体结合了铁磁体和反铁磁体的优点，”JGU 物理学家、该研究的作者之一 Hans-Joachim Elmers 在一份新闻稿中解释道。
“它们的相邻磁矩总是彼此反平行，就像反铁磁体一样，因此没有宏观磁效应，但同时，它们表现出与铁磁体一样的自旋极化电流，”Elmers 说。
一个令人满意的混合体
证明这一结果并非易事。这需要一个国际科学家团队使用多种成像技术进行实验，然后将结果结合起来。其中包括诺丁汉大学的研究生 Alfred Dal Din。他认为自己很幸运能在攻读博士学位期间见证一项重大发现。
Din 在一份新闻稿中表示：“在我攻读博士学位期间，能够成为首批看到这种有前途的新型磁性材料的效应和特性的研究人员之一，这是一种极其有益且充满挑战的殊荣。”
文章来源
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Nature. MnTe 中交变磁性的纳米级成像和控制
Physical Review Journals. 交变磁性新兴研究格局
Johannes Gutenberg-Universität Mainz. 《科学》杂志将交变磁性发现列为 2024 年物理学突破性进展
