东京大学固体物理研究所与高能加速器研究机构等组成的国际合作团队，首次在名为“交替磁体”的新型磁性材料中，直接观测到可翻转手性的磁振子。这一成果已于6月12日发表在美国物理学会期刊《物理评论快报》上，并被选为编辑推荐论文。
磁振子可以理解为磁性材料中自旋集体运动形成的“波”。当磁振子带有顺时针或逆时针手性时，能够传输自旋角动量，而不依赖电荷流动，因此在传播过程中几乎不产生焦耳热，被认为是低功耗信息器件的重要候选方案。过去，手性磁振子的研究主要集中在铁磁材料中，但铁磁体容易产生漏磁场，可能干扰周边器件，不利于高密度集成。
交替磁体又被称为第三类磁体。它不产生明显漏磁场，却能呈现类似铁磁体的部分功能，因此近年来受到自旋电子学领域关注。不过，在此次研究之前，交替磁体中的手性磁振子主要停留在理论预测阶段，缺少直接实验证据。
图1：磁振子强度和手性的测量结果及理论计算。
(a) +5 mT后HYSPEC测得的磁振子强度，(b)相应的理论计算。(c) 测得的磁振子模式的手性，(d)相应的理论计算。红色和蓝色箭头分别指示顺时针磁振子Ω1和逆时针磁振子Ω2 。
研究团队选择碲化锰(MnTe)作为实验对象。该材料的交替磁性已得到多项实验证实，也是研究磁振子分裂特征的代表性体系。团队利用极化非弹性中子散射技术，在美国橡树岭国家实验室散裂中子源的HYSPEC谱仪，以及法国劳厄-朗之万研究所的IN20谱仪上开展测量。该技术能够分辨中子散射前后自旋状态的变化，从而判断材料内部自旋波的旋转方向。
实验显示，在外部磁场冷却条件下，MnTe中出现两个分裂的磁振子模式，它们分别具有相反手性。进一步测量表明，当外部磁场方向反转时，这两个磁振子模式的手性也会随之反转，说明交替磁体中的磁振子手性不仅真实存在，而且可以通过外部磁场进行可逆调控。
研究团队认为，这一发现验证了交替磁性相关的重要理论预测，也为未来开发低损耗、高密度自旋电子器件提供了实验基础。交替磁体兼具低漏磁场干扰和可控信息传输的特点，有望成为下一代信息技术中值得关注的新型量子材料平台。
