非常規(guī)反鐵磁體，是一類兼具鐵磁體和反鐵磁體優(yōu)點的新型磁體。它既擁有鐵磁體可讀寫的性質，也具備反鐵磁體的超快動力學特性，而且信息密度也大于鐵磁體。

試想一下，如果未來的磁存儲器件能夠基于這種新型磁體來開發(fā)，就能避免如今鐵磁體和反鐵磁體在應用時存在的不同缺陷，從而推動相關領域的技術革新。

據(jù)了解，目前該領域的科學家們已經(jīng)對這些新型磁體進行了大量理論研究。

非常規(guī)反鐵磁體即使不存在自旋軌道耦合，也會出現(xiàn)由長程磁序引起的新型自旋劈裂。

如果能夠證實上述理論預測，領域內的研究人員就可選擇輕元素材料來實現(xiàn)定向自旋流、反?；魻栃⒋耪褡邮中耘训任锢憩F(xiàn)象，從而大大拓寬反鐵磁自旋電子學的研究范圍。

此前，人們在其中一種磁體上找到了輸運實驗的證據(jù)，支持非常規(guī)反鐵磁體的存在。

但是，一直以來，都缺乏由這些非常規(guī)反鐵磁體引起的自旋分裂的直接譜學證明。

近期，來自南方科技大學和中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所等的研究人員，采用自旋分辨和角度分辨的光電子能譜測量和理論分析，證明了在非共面反鐵磁體二碲化錳（ MnTe ₂ ）上，存在由非常規(guī)反鐵磁性引起的自旋劈裂效應。

他們基于先進的 SARPES（Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy，一種用于研究材料表面的電子結構和自旋性質的技術）設備觀察到，MnTe ₂  中自旋劈裂能帶上的自旋面內分量，不管是在水平還是垂直的高對稱平面上，都呈現(xiàn)反對稱的形式。自旋紋理在三維布里淵區(qū)中形成的格子圖案，與該課題組的計算結果一致。

進一步地，他們也發(fā)現(xiàn)這種源于內在反鐵磁序的非常規(guī)自旋模式，在高溫順磁狀態(tài)下會大大減弱。

圖丨自旋劈裂效應的不同原型和 MnTe ₂ 的密度泛函理論計算結果（來源： Nature ）

近日，相關論文以《非共面反鐵磁體中格子狀自旋劈裂的觀測》（ Observation ofplaid-like spin splitting in a noncoplanar antiferromagnet ）為題在 Nature 上發(fā)表 [1]。

圖丨相關論文 （來源： Nature ）

南方科技大學博士研究生朱煜鵬和博士后陳曉冰是第一作者，南方科技大學 劉暢 副教授、 劉奇航 教授和中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所 喬山 研究員擔任共同通訊作者。

圖丨劉暢（來源： 劉暢 ）

該論文的其中一位審稿人評價稱：“反鐵磁誘導的自旋劈裂的譜學實現(xiàn)，對于理解此類材料的特殊輸運性質以及設計下一代自旋電子學應用的新穎系統(tǒng)具有極其重要的意義。而提供預測有效性的直接證據(jù)，則對該領域的進一步發(fā)展至關重要?！?

據(jù) 劉暢 介紹，早在 2020 年， 劉奇航 便向他提及了有關該研究的理論進展。

“那時，包括非常規(guī)反鐵磁體和交錯磁體在內的這類名詞還沒有出現(xiàn)。劉老師看到他在美國的博士生導師亞歷克斯·贊格（Alex Zunger）教授課題組發(fā)表了一篇理論方面的論文以后，認為這方面的研究以后將變得非常有用，就建議我開展這一方向的實驗探索?！? 劉暢 說。

在 劉奇航 的啟發(fā)和自身興趣的驅動下，他開始了這項研究，但卻在尋找適合測量的晶體的過程遇到了諸多困難。

“我們用兩年的時間生長了十多種理論預測的非常規(guī)反鐵磁體的候選材料，但絕大部分材料在 SARPES 測量中卻得到了零信號。這是因為在反鐵磁體中，如果兩個磁疇之間的反鐵磁磁矩取向相反，而磁疇又比較小的話，我們得到的數(shù)據(jù)就會是零?！? 劉暢 說。

經(jīng)過兩年多的研究，該課題組終于在 2022 年 8 月底，第一次得到有意義的信號。在 喬山 老師的實驗室中，當他們看到如同老舊電視機里雪花般的信號中出現(xiàn)極其微弱的亮度差異時，都非常興奮。

目前，該團隊已經(jīng)借助 SARPES 技術證明了非常規(guī)反鐵磁體的存在，下一步他們計劃利用其他技術手段繼續(xù)發(fā)掘該材料的新內涵。

例如，通過研究該材料和其他材料形式不同的自旋波，嘗試探索是否有新奇的效應存在。同時，也打算將該材料做成真正的器件，以研究電子在其中的輸運情況。