“磁铁，它们是如何工作的?”嘻哈二人组Insane Clown Posse在他们2009年的歌曲“Miracles”中问道。最近的一系列论文表明，物理学家也没有完全了解全貌。一种新型的磁性材料似乎一直隐藏在他们的眼皮底下。
大多数人都熟悉铁磁体。它们具有强大的永久磁场。它们用于从冰箱磁铁和指南针到电动汽车电机的所有领域。
铁磁体的磁场来自其原子内的电子。就像电子携带电荷一样，一种称为自旋的量子力学特性意味着每个电子也是一个微小的磁铁。在大多数物质中，单个原子中电子的自旋相互抵消，因此原子——以及由这些原子构成的材料——没有显示整体磁场。
然而，有时，就像制造条形磁铁的铁一样，数学计算方式会有所不同。如果这些原子尺度的磁场足够强，并且如果原子紧密堆积，电子可以迫使它们的邻居将它们的磁场对准同一方向。将数以百万计的小田地组合在一起，会产生一个足够坚固的田地，可以将购物清单贴在冰箱上。
1932年，法国物理学家路易斯·内尔发现了另一种组织事物的方法，即他所谓的“反铁磁性”材料。像铁磁体一样，这种材料中的原子也有自己的磁场。与铁磁体一样，这种材料表现出严格的内部秩序，尽管根本不会产生整体磁场。这是因为反铁磁材料中的原子场指向与其相邻原子的原子场相反的方向，完美地相互抵消。
在很长一段时间里，人们都认为是这样，直到美因茨大学的物理学家利博尔·斯梅卡尔参与其中。Smejkal博士正在研究一种叫做量子霍尔效应的东西，他首先从第一性原理出发，对所有可能的磁态进行了有条不紊的重新思考。到2018年，这让他得出了一个令人惊讶的结论。
他认为，材料内的磁场可以以另一种方式排列。如果相邻原子本身与相邻原子相比旋转了 90 度，则相邻原子最终可能会产生指向相反方向的自旋。虽然原子通常被表示为球体，因此对旋转无动于衷，但实际上，事情比这稍微复杂一些。其结果将类似于反铁磁性，但足够独特，值得一个新名称。Smejkal 博士选择了“交替磁性”。
自 2023 年 8 月以来，至少有六篇论文发布，声称在实验室中观察到了交变磁性。其中一篇由首尔国立大学的李素英和她的同事撰写，并认为Smejkal博士是合著者，上周发布在《物理评论快报》上。他们说，他们在碲化锰薄膜中观察到了交变性，碲化锰是一种长期以来被认为是反铁磁性的半导体。Smejkal博士预计下个月将在《自然》杂志上发布更多佐证。他还怀疑，根据文献中的数据，还有200多种其他材料是变相的变磁体。“我认为社区普遍认为这是一个真实的现象，”利兹大学的凝聚态物理学家克里斯托弗·马罗斯说。
应用可能来自自旋电子学，其目的是将数据表示为电荷，而不是像大多数现有计算机那样，而是表示为自旋模式。交替磁体内的电子可以从外部控制，就像在铁磁体中一样。那些具有一种旋转类型的人可以朝着与另一种人不同的方向移动。但是铁磁体使用起来很尴尬，因为如果它们靠得太近，它们的磁场会干扰邻居的磁场。没有这种磁场的交替磁铁可以堆叠得更密集。
Smejkal博士说，这可能不是故事的结局，他认为可能潜伏着更多新颖的磁力形式。正如 Posse 所说：直截了当的魔法就是这样。
