第三类磁性有了关键证据。美国SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学与欧洲同步辐射装置等机构的研究团队在新一期《科学》发表论文称，他们在碲化锰（MnTe）中观测到一种被称为“手性交替磁振子”的集体自旋运动，为交替磁性这一新型磁态提供了关键实验证据，也意味着未来芯片和信息存储技术有了新的可能。
交替磁性被认为是介于铁磁与反铁磁之间的第三类磁有序。普通磁铁内部电子自旋像一排同向排列的小磁针，整体产生明显磁场；反铁磁体中相邻自旋方向相反，磁性彼此抵消。交替磁体同样没有明显外磁场，却因原子空间排列方式特殊，保留了一些通常只在铁磁体里出现的电子自旋特性，因此被寄望于开发干扰更小、更紧凑的自旋电子器件。
此次实验把目光投向磁振子。材料受热或受扰后，局部自旋变化会像水波一样向周围传递，这种集体波动的量子化单位就是磁振子。理论曾预言，交替磁体中的磁振子可能带“手性”——自旋集体运动存在顺时针或逆时针的偏好，且这种偏好会随传播方向改变。
研究团队在法国欧洲同步辐射装置利用圆偏振X射线照射碲化锰，分别采用左旋和右旋光，并分析散射信号。他们先捕捉到来自磁振子的特征峰：信号随温度升高而减弱，在材料失去磁有序后消失，确认其源于内部磁性活动。更关键的是，两种圆偏振光测得的磁振子强度并不对称，说明自旋运动确有固定旋转倾向；当测量方向改变，这种不对称性会增强、减弱甚至反转，变化规律与此前理论预言的g波交替磁对称性吻合。
碲化锰是交替磁性研究中最具代表性的模式材料。2024年，科学家已在其中观察到不同自旋电子的能量差，以及磁振子能带的分裂。本次研究用不同的X射线方法补齐了第三块拼图：电子能带自旋劈裂、磁振子能带劈裂，以及磁激发本身的手性。同一期《科学》中，法国团队用极化中子散射在另一种材料氟化锰中也看到手性磁振子迹象，两条独立技术路线相互支撑。
交替磁体不产生杂散磁场，又能承载可调控的自旋手性，未来或可服务于高密度的信息存储与自旋计算。但要把研究推进到能生成、传输并控制手性磁振子，还有相当长的路，包括弄清如何在器件尺度上切换和读取这些微观自旋运动。
这项成果为芯片提供了“第三条路线”。长期以来，存储和计算器件要在容易控制和更加稳定之间做取舍：铁磁材料容易读写，却相互干扰、能耗偏高；反铁磁材料稳定抗扰，却难以操控。交替磁性若能兼顾两者，存储单元就能做得更小、排得更密，断电后数据也不易丢。更进一步，如果自旋方向本身能当作信息编码，同一比特就可能承载更多状态——这正是后摩尔时代最稀缺的东西。眼下的实验仍属物理层面的确认，离产线尚远，但它把一条原本只存在于纸上的路，变成了工程师可以认真评估的选项。
（文章来源：科技日报）
