
一个多世纪以来,物理学界将所有共线磁性材料一分为二,要么是具备净磁化强度的铁磁体,要么是磁矩相互抵消的反铁磁体。
然而美因茨约翰内斯·古腾堡大学的哈伊罗·西诺瓦(Jairo Sinova)教授、利博尔·施迈卡尔(Libor Šmejkal)博士以及捷克科学院物理研究所的托马斯·容维尔特(Tomas Jungwirth)教授打破了这一固有教条。
他们成功发现了第三种基本磁序类型——交替磁性(Altermagnetism)。
凭借这项挑战凝聚态物理百年范式的里程碑式成果,三位科学家荣获欧洲物理学会(EPS)凝聚态物质分会颁发的2026年欧洲物理奖。
这项奖项作为欧洲凝聚态物理领域的最高荣誉之一,表彰了他们彻底重塑物理学对磁性本质认知的卓越贡献。
隐藏百年的自旋对称性:颠覆两极分类的三元磁相
反铁磁性晶体的结构示意图:电子分布的独特对称性是这类新发现的磁性材料具有非凡性质的基础。图片来源:Libor Šmejkal
过去几十年里,传统铁磁体虽然是磁存储器的核心,但其产生的宏观磁场限制了器件的微型化与高密度集成。
反铁磁体虽然没有净磁化强度,但同时也失去了强自旋极化电流等许多极具应用价值的电子特性。
联合研究团队将现代对称性理论与自旋电子学相结合,深入挖掘被早期学者忽略的一组自旋对称性,最终揭开了交替磁性的神秘面纱。
交替磁性材料在宏观上与反铁磁体类似,净磁化强度精准为零,不会产生干扰外部的杂散磁场。
但由于其独特的晶体点群对称性,相邻磁性原子上的自旋极化与原子本身的电子云形状沿不同方向倾斜。
这种特殊的对称性打破了系统中的 Kramers 自旋简并,使其展现出原本仅属于铁磁体的非零自旋分裂与高自旋极化电流特性。
它完美兼具了反铁磁体的超快动力学响应与铁磁体的高效自旋控制能力,成为了第三种独立的物质磁相。
从理论预测到全球热潮:开启自旋电子学与量子材料新纪元这一理论自2022年被完整建立并分类以来,迅速掀起了全球凝聚态物理与材料科学界的研究热潮。
通过角分辨光电子能谱(ARPES)以及电输运等多种独立实验测量手段,全球各地的科学家相继在数百种真实材料中证实了交替磁性的存在。
交替磁性的发现不仅颠覆了基础理论教科书,更给下一代信息技术带来了难以估量的革命性前景。
在自旋电子学领域,利用交替磁性材料可以开发出超高速、高密度且低功耗的非易失性存储与计算器件。
此外,这种全新的对称性类别还与拓扑物理学、非常规超导性以及强关联量子材料产生了意想不到的深层交叉。
三位获奖科学家将于2026年9月在奥地利格拉茨举行的第32届欧洲物理学会凝聚态大会上正式接受这一殊荣。
从一个被忽视的理论异常,演变为席卷全球的前沿科学领域,交替磁性的确立再次证明了看似极其成熟的科学大厦中依然蕴藏着震撼人心的惊喜。