科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

在一項(xiàng)開創(chuàng)性研究中，日本東京理科大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)在真實(shí)的準(zhǔn)晶體中發(fā)現(xiàn)了反鐵磁性。這是自1949年首次報(bào)道周期性晶體中的反鐵磁性以來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，顯示在二十面體準(zhǔn)晶體（iQC）中也會(huì)產(chǎn)生反鐵磁性。相關(guān)論文11日發(fā)表在《自然·物理學(xué)》雜志上。

準(zhǔn)晶體是一種固體材料，表現(xiàn)出非周期性的長(zhǎng)程原子序。由于這種“準(zhǔn)周期”性質(zhì)，準(zhǔn)晶體具有常規(guī)晶體中不存在的非常規(guī)對(duì)稱性。研究人員一直對(duì)準(zhǔn)晶體投入極大關(guān)注，研究它們獨(dú)特的準(zhǔn)周期磁序，嘗試開發(fā)它們?cè)谧孕娮訉W(xué)和磁制冷中的可能應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)此前曾在金—鎵—稀土（Au-Ga-R）iQC中發(fā)現(xiàn)了鐵磁性，但這一觀察結(jié)果并不令人感到驚訝，因?yàn)槠揭浦芷谛浴w中原子的重復(fù)排列，并不是鐵磁有序出現(xiàn)的先決條件。相比之下，自然界中發(fā)現(xiàn)的另一種基本磁序類型，即反鐵磁性，本質(zhì)上對(duì)晶體對(duì)稱性更敏感。

基于他們?cè)贏u-Ga-R iQC中發(fā)現(xiàn)的鐵磁性，研究團(tuán)隊(duì)確定了一種新型的Tsai型金—銦—銪（Au-In-Eu）iQC，表現(xiàn)出5倍、3倍和2倍的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列體特性測(cè)量和中子實(shí)驗(yàn)，以檢查其磁性。磁化率測(cè)量顯示，在零場(chǎng)冷卻和場(chǎng)冷條件下，在6.5開爾文（K）的溫度下都有一個(gè)尖銳的峰值，這與反鐵磁轉(zhuǎn)變一致。比熱測(cè)量還顯示在同一溫度下有一個(gè)峰值，驗(yàn)證了尖峰是由于長(zhǎng)程磁序引起的。

為進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)果，團(tuán)隊(duì)在10K和3K溫度下對(duì)iQC進(jìn)行了中子衍射測(cè)量。他們?cè)?K處觀察到額外的磁性布拉格峰（衍射圖樣中的尖銳強(qiáng)度峰，表明有序的磁性結(jié)構(gòu)），在溫度依賴性測(cè)量中，該峰始終顯示在6.5K的轉(zhuǎn)變溫度附近突然增加，為實(shí)際準(zhǔn)晶體中長(zhǎng)距離反鐵磁有序提供了第一個(gè)明確的證據(jù)。

這一成果解開了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的謎團(tuán)，即在實(shí)際準(zhǔn)晶體中是否可能出現(xiàn)反鐵磁序。新發(fā)現(xiàn)不僅重新激發(fā)了對(duì)反鐵磁準(zhǔn)晶體的尋找，而且還開辟了準(zhǔn)周期反鐵磁體研究的新領(lǐng)域，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自旋電子學(xué)。