中国科学院团队发现新型交叉链反铁磁材料，有望推动自旋电子学发展

近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心的研究团队在反铁磁材料的研究领域取得了重要进展。由邵定夫研究员、杜海峰研究员及其合作者组成的团队成功预言了一类具有独特交叉链结构的新型反铁磁材料，命名为“”。该研究成果于2023年6月2日发表于Cell出版社旗下的物理学旗舰期刊Newton，并以其开创性的发现被选为封面论文，引起广泛关注。

反铁磁材料是一种由多个铁磁子晶格相互作用构成的磁性材料。与传统的铁磁材料不同，反铁磁材料的子晶格间磁矩是反平行或非共线排列，这使得它们在外部观察时不表现出明显的宏观磁化强度。反铁磁材料因其零杂散磁场和超快的磁动力学响应，拥有广泛的应用潜力。这类材料在自旋输运性质方面存在瓶颈，通常由于子晶格间的自旋性质相互抵消，导致它们缺乏自旋极化特性，限制了其在电子学应用中的效能。

该团队的研究显示，如果能够有目的地利用这些反铁磁材料中的某一个子晶格，就可能为高效自旋电子学应用开启新篇章。传统的认为，固体材料的宏观性质源自所有原子的集体行为，因此对局部原子或子晶格的挑选利用只是纸上谈兵。研究团队通过对反铁磁材料的实空间堆叠方式进行研究，颠覆了这一常规观点，发现可以有效地选择和使用特定子晶格。

在这项研究中，团队进行了一系列结构搜索和高通量计算，筛选出15种潜在的新型反铁磁材料候选者。通过对材料的对称性和结构特征分析，团队提出了交叉链晶格模型，并归纳出了三种基本类型。这种方法为后续研究提供了新的视角，揭示了不同类型材料在自旋电子学领域的潜力。其中，材料β-Fe₂PO₅已被实验合成，其反铁磁奈尔温度高于室温，成为理想的候选材料。

团队进一步的理论计算显示，当电流的输运方向与某一铁磁子晶格链平行时，电流几乎完全自旋极化，主要沿该铁磁链传导，而其他垂直方向的子晶格链则不再有明显的电流输送。这一发现表明，通过选择电场的方向，可以在特定子晶格中进行高度自旋选择性的自旋输运。这一特性不仅开辟了反铁磁材料在自旋传输能力上的新思路，还可能成为实现自旋电子学抗干扰和高效能应用的基础。

该研究提出的交叉链反铁磁材料及其独特的自旋输运性质，为利用固体材料中的部分原子开辟了崭新的可能性。这一成果为今后的自旋电子学信息读写技术关注新的物理现象与器件设计奠定了基础。同时，研究团队所采用的理论思路，强调了实空间磁结构的研究方法，相较传统动量空间能带特性的分析，这种研究方法能够更全面地挖掘材料的内在特性，揭示基于子晶格层次的新物理现象。

随着自旋电子学的不断发展，未来的电子设备有望以更低的能耗和更快的速度进行信息传输。而这类新型交叉链反铁磁材料的研究，可能为提高自旋电子器件的性能和实现新的应用提供重要的科学依据和技术支持。

此次研究的创新不仅为反铁磁材料领域注入了新的研究思路，也为未来电子学和信息技术的发展提供了无尽的可能性。相信在不久的将来，随着相关研究的深入与展开，这一发现将推动自旋电子学的发展，助力信息技术迎来一次深刻变革。

文章最终将以链接的形式提供相关的详细研究信息，供研究者和相关领域的专家进行深入了解与探讨。

https://www.cell/newton/fulltext/S2950-6360(25)00060-X

随着科学的不断进步和科研技术的日益成熟，中国科学院的这一研究成果标志着我国在材料科学领域的不断突破，预示着未来在自旋电子学和新材料应用方面的无限可能。