新型反铁磁体(altermagnet)的发现为计算技术瓶颈提供突破性解决方案

研究人员针对传统计算技术中磁性材料的局限性，通过三维对称性建模和新型数学框架，首次发现并验证了具有独特电子自旋特性的反铁磁体(altermagnet)。英国诺丁汉大学团队通过实验证实该材料可实现零磁场下的自旋极化电流，为开发低能耗自旋电子学器件提供了全新材料基础，相关成果发表于《New Scientist》。

　　

在计算技术面临能耗瓶颈的当下，传统铁磁材料因其固有磁滞损耗和发热问题严重制约器件微型化发展。这一困境的核心在于电子自旋(spin)的宏观控制需要持续外部磁场，而反铁磁材料(antiferromagnet)虽具有零净磁矩特性，却长期被认为无法产生自旋极化电流。

英国诺丁汉大学(University of Nottingham)的Oliver Amin团队在《New Scientist》发表突破性研究，通过扩展诺贝尔奖得主Louis Néel的经典模型，首次在三维对称性框架下发现并验证了新型反铁磁体——altermagnet。该材料在保持反铁磁序的同时，能实现自旋分裂的能带结构(band structure)，为自旋电子学(spintronics)提供了零磁场操作的理论基础。

研究采用同步辐射X射线衍射(XRD)解析晶体结构，结合角分辨光电子能谱(ARPES)验证电子能带特征。通过设计特殊测量装置，团队在Cr₂O₃等候选材料中观测到自旋极化率超过80%的量子输运现象，证实了理论预测的“动量空间自旋锁定”效应。

【A matter of symmetry】

通过构建超越传统二维模型的对称性数学框架，研究发现altermagnet的磁矩在实空间(real space)呈反平行排列，但在动量空间(momentum space)形成自旋极化能谷。这种特殊的对称性破缺(symmetry breaking)源于晶体场与自旋轨道耦合(spin-orbit coupling)的协同作用。

【Bona fide altermagnet】

实验验证阶段，团队开发了可区分常规反铁磁体与altermagnet的判定标准：在零外场下观测到自旋极化电流，且极化方向与晶体轴向存在固定关联。通过对比CrSb₂与MnTe的输运特性，证实前者具备altermagnet特征而后者仅为传统反铁磁体。

该研究从根本上改变了人们对磁序与电子自旋关联的认知，其重要意义在于：首先，altermagnet无需外部磁场即可产生自旋流，可大幅降低自旋电子器件的能耗；其次，这类材料固有的高抗干扰性使其在量子计算存储单元中具有独特优势；最后，研究提出的对称性设计原则为新型功能材料开发提供了全新范式。?mejkal构建的数学模型预测，在特定对称群(certain space groups)中约20%的反铁磁体可能具有altermagnet特性，这为后续材料筛选指明了方向。