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中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院研究員邵定夫、杜海峰與合作者提出一類具有交叉鏈結(jié)構(gòu)的新型反鐵磁材料，命名為“X型反鐵磁體”，并預測其中存在具有子晶格選擇性的自旋輸運和非常規(guī)反鐵磁動力學。近日，相關研究成果發(fā)表于《牛頓》，并被選為封面論文。

反鐵磁材料是由兩個或多個鐵磁子晶格組成的磁性材料。在交換相互作用影響下，子晶格間的磁矩反平行或非共線排列，使整體對外不顯示宏觀磁化強度。這類材料被視為實現(xiàn)高密度、低功耗、高穩(wěn)定性、超快讀寫的下一代自旋電子學器件的理想候選材料。然而，由于內(nèi)部子晶格的自旋輸運性質(zhì)互相抵消，反鐵磁材料通常不具有自旋極化的輸運特性，很難實現(xiàn)電子學應用。

在這項工作中，研究團隊通過分析反鐵磁體實空間堆疊方式，提出自然界中存在一種形狀如“X”的交叉鏈結(jié)構(gòu)共線性反鐵磁體，即X型反鐵磁體。通過結(jié)構(gòu)搜索和高通量計算，團隊從材料數(shù)據(jù)庫中篩選出15種潛在的X型反鐵磁體候選材料，并根據(jù)對稱性和結(jié)構(gòu)特征提出了交叉鏈晶格模型，歸納出X型反鐵磁體的3種基本類型。

研究人員指出，其中，已有實驗報道的磷酸鐵具有天然的交叉鏈結(jié)構(gòu)和高于室溫的反鐵磁奈爾溫度，是一種理想的X型反鐵磁體候選材料。理論計算顯示，在磷酸鐵中，當輸運方向平行于其中一條鐵磁子晶格鏈時，幾乎完全自旋極化的電流主要沿該鐵磁鏈傳輸，而垂直方向的子晶格鏈則基本無電流分布。這表明，通過選擇電場方向，可以在X型反鐵磁體中利用特定的子晶格進行自旋傳輸。這種前所未有的獨特性質(zhì)允許人們挑選出反鐵磁體中特定的子晶格加以利用，實現(xiàn)傳統(tǒng)磁性材料中無法具有的功能屬性。

該工作提出的X型反鐵磁體是對70年前發(fā)現(xiàn)的G型、A型、C型反鐵磁結(jié)構(gòu)家族的重要擴展。其獨特的子晶格選擇性輸運性質(zhì)，展示了在固體材料中選擇利用部分原子的可能性。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.newton.2025.100068

（原載于《中國科學報》?2025-06-16?第3版?綜合）