本报讯（记者王敏）中国科学院合肥物质科学研究院研究员邵定夫、杜海峰与合作者提出一类具有交叉链结构的新型反铁磁材料，命名为“X型反铁磁体”，并预测其中存在具有子晶格选择性的自旋输运和非常规反铁磁动力学。近日，相关研究成果发表于《牛顿》，并被选为封面论文。
反铁磁材料是由两个或多个铁磁子晶格组成的磁性材料。在交换相互作用影响下，子晶格间的磁矩反平行或非共线排列，使整体对外不显示宏观磁化强度。这类材料被视为实现高密度、低功耗、高稳定性、超快读写的下一代自旋电子学器件的理想候选材料。然而，由于内部子晶格的自旋输运性质互相抵消，反铁磁材料通常不具有自旋极化的输运特性，很难实现电子学应用。
在这项工作中，研究团队通过分析反铁磁体实空间堆叠方式，提出自然界中存在一种形状如“X”的交叉链结构共线性反铁磁体，即X型反铁磁体。通过结构搜索和高通量计算，团队从材料数据库中筛选出15种潜在的X型反铁磁体候选材料，并根据对称性和结构特征提出了交叉链晶格模型，归纳出X型反铁磁体的3种基本类型。
研究人员指出，其中，已有实验报道的磷酸铁具有天然的交叉链结构和高于室温的反铁磁奈尔温度，是一种理想的X型反铁磁体候选材料。理论计算显示，在磷酸铁中，当输运方向平行于其中一条铁磁子晶格链时，几乎完全自旋极化的电流主要沿该铁磁链传输，而垂直方向的子晶格链则基本无电流分布。这表明，通过选择电场方向，可以在X型反铁磁体中利用特定的子晶格进行自旋传输。这种前所未有的独特性质允许人们挑选出反铁磁体中特定的子晶格加以利用，实现传统磁性材料中无法具有的功能属性。
该工作提出的X型反铁磁体是对70年前发现的G型、A型、C型反铁磁结构家族的重要扩展。其独特的子晶格选择性输运性质，展示了在固体材料中选择利用部分原子的可能性。
相关论文信息：
10.1016/j.newton.2025.100068
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