第三种磁性？ 变磁性发现被评为2024年物理学重大突破

科学研究不断带来突破性发现，拓展了我们的认知边界。 每年，知名期刊《科学》都会在其顶级科学突破列表中重点介绍其中的十项成就。 2024 年，该杂志将来那卡巴韦（lenacapavir）药物评为"年度突破"--该药物因有望将艾滋病毒/艾滋病感染率降至零而备受赞誉。 在物理学领域，另一个重要的里程碑也得到了认可：约翰内斯-古腾堡大学美因茨分校（JGU）的研究人员发现了另一种磁性。

美因茨大学的研究人员于 2019 年首次提出了变磁性理论，并于 2024 年对其进行了实验证实。 它弥补了传统磁性分类之间的差距，可实际应用于先进的数据存储系统。

美因茨约翰内斯古腾堡大学物理研究所的杰罗-西诺瓦教授说："这是对我们工作的真正独一无二的褒奖，我们为自己的研究获得这一认可感到自豪和荣幸。 他和他的团队发现并证明了变磁性现象。"

到目前为止，物理学只认识到两种磁性：铁磁性和反铁磁性。 铁磁性自古希腊以来就为人所知，它是使冰箱磁铁粘住的力，所有磁矩都朝同一方向排列。 另一方面，反铁磁性涉及磁矩以规则的模式排列，但指向相反的方向，在外部相互抵消。

反磁性晶体：不仅相邻磁性原子的自旋极化方向（洋红色和青色）会交替变化，而且原子形状本身也会交替变化--正如哑铃形电子密度向两个不同方向倾斜所显示的那样。 蓝色光束线展示了同步加速器上的光发射实验，该实验被用来演示变磁性。 图片来源：Libor Šmejkal und Anna Birk Hellenes / JGU

2019 年，美因茨大学的研究人员发现了一种无法用上述两种磁性解释的效应：反铁磁体中存在完全完整的动量电流。 他们推测，这一定是由于磁矩的排列方式与铁磁性和反铁磁性不同--于是，"反铁磁性"的概念诞生了。

实际上，变磁性结合了铁磁体和反铁磁体的特性。 与反铁磁体一样，它们的邻近磁矩总是相互反平行，但与此同时，它们会像铁磁体一样表现出自旋极化电流。

西诺娃教授解释说："通过对自旋对称性的数学分析，我们能够从理论上预测出另一种磁性的存在。自旋极化电流随电流方向交替变化，因此被称为'变磁性'。"

变磁性这一新领域是CRC/TR 173"自旋+X--集体环境中的自旋"和CRC/TR 288"物质电子量子相的弹性调谐和响应"（ELASTO-Q-MAT）合作研究中心的核心，而JGU的研究人员在其中发挥了重要作用。 德国研究基金会批准在 2024 年继续资助这两个 CRC。

2024 年，JGU 的研究人员还实现了变磁性的实验验证。 汉斯-约阿希姆-埃尔默斯教授团队的同事们首次测量到了一种被认为是"变磁"特征的效应。 他们使用了德国最大的研究中心之一DESY专门开发的脉冲电子显微镜。

作为第三种磁性，变磁性的发现是一项重要的科学突破，因为它揭示了一种以前未知的效应，但更重要的是，它的实际应用意义重大。 如果证明在动态随机存取存储器中使用电子的磁矩而不是电荷来存储数据是可行的，那么数据存储容量就会大大提高。 它的最大优势在于，目前已知至少有 200 种不同的材料会表现出磁性变化。

编译自/ScitechDaily