“我们相信，这些结果为‘第三相磁性——交错磁性——真实存在’提供了扎实的实验确认。”说这话的是斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的副研究员丹尼尔·约斯特（Daniel Jost），他是这项新研究的第一作者，论文发表在《科学》杂志上。

打开网易新闻 查看精彩图片

这句话背后，是几十年来磁性分类里一个迟迟补不上的缺口。要理解它，得先把磁性这枚硬币翻过来看看。

过去几十年，磁性的世界在教科书里显得很清爽：材料只分两类，铁磁体和反铁磁体，讨论到此为止。铁磁体里，所有电子自旋指向同一个方向，于是产生一个容易被观测到的净磁场——冰箱贴能吸在门上，靠的就是这个。反铁磁体则正好相反：电子自旋交替排列，彼此抵消，最终不产生任何净磁效应。

那么，如果有一种磁性既不像铁磁体那样“整齐划一”，也不像反铁磁体那样“彻底抵消”，它该站在哪一边？答案可能是：中间。这正是交错磁性（altermagnetism）所处的位置。

约斯特在新闻稿中解释说：“过去几年，科学家观察到一些无法被整齐归入铁磁—反铁磁二分法的现象。研究人员一直在积累证据，指向第三类磁性，它桥接了两者的特性。”

换句话说，这类材料有点“两头占”。以碲化锰（MnTe）为例：它的自旋像反铁磁体一样交替、抵消，不产生净磁化；但它又像铁磁体一样，能够承载自旋流。这种“既稳定又可读写”的组合，正是它让人着迷的地方。

问题在于，光有理论上的“像”，不等于实验上的“是”。铁磁体和反铁磁体都有明确的实验判据，交错磁性却一直缺一块关键的实验拼图。这块拼图，落在了“手性”上。

研究团队把曾被当作反铁磁体的碲化锰样品送到欧洲同步辐射设施（ESRF），专门考察这种材料的“手性”，也就是“左右手之分”。为什么手性是关键？因为交错磁体和反铁磁体的自旋都交替排列、都没有净磁性，光看自旋分不出来；但如果碲化锰的晶格存在某种扭转，就会带来一种独特的手性信号，成为区分二者的标志。

实验的做法是：向样品发射偏振X射线束，再分析散射结果。约斯特解释：“手性材料散射左旋偏振X射线束和右旋偏振X射线束的方式不同；非手性材料则会把两束光散射得一模一样。”

结果，他们看到了反铁磁体中不存在的手性信号。团队在2024年首次得到这一结果，并在次年完成了确认。“这个手性特征给了我们坚实的实验依据，可以说交错磁性自成一类。”约斯特说。

这项确认之所以被看重，是因为它可能指向应用。交错磁体兼具两方面的长处：一方面像反铁磁体一样稳定，没有净磁化带来的干扰；另一方面又像铁磁体一样，让工程师能够读取和写入数据。用约斯特的话说，“交错磁体结合了两个世界的最好之处”。也正因如此，它被视为未来量子技术和存储器件的一个潜在关键材料。

从“只有两类”到“可能存在第三类”，再到如今拿到手性信号这一实验支撑，磁性这张看似早已画完的地图，正在被补上一块新的区域。至于这块区域里还藏着什么，就要看接下来的实验怎么说了。