近一个世纪以来，人类只知道两种磁体。铁磁体是经典的磁体，能吸引金属并将照片固定在冰箱上。反铁磁体在原子尺度上隐藏其磁性，但它们在技术上的潜力越来越被看重。过去十年里新发现的第三类磁体，可能兼具两者的优点。这种材料叫交变磁体，将来有可能会造出更快、更省电的电子产品。

现在，布法罗大学的物理学家提出了一套量子传感系统，想让它更容易识别交变磁体。这项研究发表在《物理评论快报》上，其中提到的理论技术，是去测量疑似交变磁体怎么扰动旁边钻石里的微小磁性缺陷。这个缺陷的磁性信号怎么松弛下来，就能看出它是不是交变磁体。

“这可能是新一代实验的第一步，用来判断一种材料是不是交变磁体，”通讯作者、布法罗大学文理学院物理系助理教授Jamir Marino博士表示。“交变磁体可能会彻底改变我们传输信息的方式，但要验证这个漂亮的理论，我们得靠实验来找出交变磁体，并确认它们的行为跟科学家预测的一样。”

这项研究的共同作者还有Marino以前的同事Libor Šmejkal和Jairo Sinova，他们是美因茨约翰内斯·古腾堡大学的物理学家，最早提出了交变磁体这个概念。

西诺瓦表示：“这种传感技术有望成为探索候选交错磁材料的重要工具。它能检测材料不同区域中细微的方向性磁模式，且对材料干扰不大，比传统实验技术更有优势。”

不是你爷爷那会儿的磁体

不是你爷爷那会儿的磁体

2019年，美因茨团队碰到了一个用铁磁体或反铁磁体都解释不了的现象。他们算出来，一种叫二氧化钌的化合物，应该像反铁磁体那样没有净磁化强度，但一通电流就会表现得像铁磁体。

就这样，交错磁性的概念就出来了。

普通磁体里，原子和它们的电子自旋通常都按简单模式排布。铁磁体里，相邻的电子自旋都朝一个方向对齐，产生外部磁场。这些对齐的自旋也比较容易翻转，形成不同状态，常用于计算机存储。

在反铁磁体中，相邻的自旋指向相反方向，从而抵消了任何整体磁性。这种交错排列更难操控，但翻转速度可以更快，可能实现更节能的信息存储和处理。

交变磁体则更为复杂。尽管它们的磁性像反铁磁体一样在整体上相互抵消，但其原子结构导致电子的行为方式通常与铁磁体相似。

“这种排列让交变磁体既能像反铁磁体那样快速翻转，又能拥有铁磁体那种更容易操控的电子特性，”马里诺说。

钻石是物理学家的心头好

美因茨团队和其他研究人员已在多种材料中观测到交变磁性的特征迹象。但理论预测表明，可能有超过200种材料具有交变磁性——是已知铁磁材料的两倍还多。

这就是马里诺团队开发其量子传感系统的原因。该系统会把疑似交替磁体材料放在一颗含有微小磁性缺陷的金刚石旁边，该缺陷由氮原子和旁边缺失的碳原子共同形成。此类缺陷对附近的磁性行为极为敏感。

研究人员会在多个方向上转动该缺陷的磁自旋，并测量其弛豫的速度。如果缺陷在某些方向上的弛豫速度比其他方向快，这可能为交替磁体预测中异常复杂的自旋模式提供证据。

关键在于，与许多现有的探测交替磁性方法相比，该量子传感系统的干扰性更小。

马里诺表示：“你不希望测量过程过度干扰所研究的材料，因为那样可能更难判断你看到的是材料的自然行为，还是实验引起的行为。”

马里诺强调，这个传感系统目前还只是理论上的东西，是用模拟量子动力学的先进模型搞出来的。还得靠实验来验证，看它能不能靠谱地测出交变磁性。

马里诺说：“高效认出交变磁性材料，是以后真把它们用在电子产品里的关键一步。交变磁体能让信息传输效率大大提高，这样技术就能做得更小、更省电。”