直到现在都不可能——物理学家不断改变晶体中的磁性类型

磁性受电子行为的影响。例如，这些微小的粒子可以利用它们的电荷产生电流，进而产生磁场。此外，磁性可以从物质内磁矩或自旋的协调排列中产生。到目前为止，不可能不断改变晶体中存在的磁性。

由维也纳工业大学教授安德烈·普斯托戈（Andrej Pustogow）领导的一个国际研究小组现在已经成功地做到了这一点：“通过按下按钮”来改变磁性。为此，该团队通过施加压力不断改变单晶中的磁相互作用。研究人员最近在著名的《物理评论快报》上发表了他们的研究结果。

磁性令人着迷

几千年来，人们一直对磁力着迷，它首先使许多技术应用成为可能。从指南针和电动机到发电机，如果没有铁磁性，这些设备和其他设备将不复存在。虽然铁磁性已经得到了很好的研究，但基础研究对其他形式的磁性越来越感兴趣。这些对于安全数据存储和作为量子计算机的潜在平台特别感兴趣。

“然而，寻找新形式的磁性并完全控制它们是一项极其困难的工作，”研究负责人Andrej Pustogow说。

铁磁性和反铁磁性

自旋可以可视化为小罗盘针，它们可以在外部磁场中对齐并具有磁场。在永磁体中使用的铁磁性的情况下，所有电子自旋都彼此平行排列。在某些电子自旋的排列中，例如在普通的方形棋盘式晶格中，自旋的反平行排列也是可能的：相邻的自旋总是交替指向相反的方向。

对于三角形晶格（或出现三角形结构的晶格，例如更复杂的可果美晶格），完全反平行排列是不可能的：如果三角形的两个角具有相反的自旋方向，则其余边必须与两个方向之一匹配。这两个选项（向上旋转或向下旋转）是完全等效的。

“这种存在多个相同替代方案的可能性被称为’几何挫折’，它发生在电子自旋排列成三角形、可果美或蜂窝状晶格的晶体结构中，”Pustogow解释说。结果，形成了随机排列的自旋对，有些自旋根本找不到伙伴。“剩余的不成对磁矩可以相互纠缠，用外部磁场操纵，从而用于量子计算机中的数据存储或计算操作，”固态物理学家Pustogow说。

通过压力改变挫败感

“在实际材料中，我们离这种理想的挫败感状态还很远。首先，我们需要能够精确控制晶格的对称性，从而控制磁性，“Andrej Pustogow说。尽管已经可以生产出具有强烈几何挫折的材料，但从弱挫折到强挫折的连续变化，反之亦然，这是不可能的，尤其是在同一个晶体中。

为了“通过按下按钮”来改变所研究材料的磁性，研究人员将晶体置于压力之下。从戈薇结构开始，晶格在单轴应力作用下变形，改变了电子之间的磁相互作用。“我们使用机械压力来迫使系统进入首选的磁方向。就像在现实生活中一样，压力可以减少挫败感，因为一个决定是强加给我们的，我们不必自己做出，“Andrej Pustogow说。该团队成功地将磁相变的温度提高了10%以上。“乍一看，这似乎不多，但如果水的冰点增加10%，例如，它将在27°C时结冰 – 对我们所知的世界造成严重后果，”Pustogow解释说。

虽然在目前的情况下，机械压力减少了几何挫折，但研究团队现在的目标是增加挫折，以完全消除反铁磁性并实现如上所述的量子自旋液体。Andrej Pustogow总结道：“通过单轴机械应力主动控制几何挫折的可能性为’通过按下按钮’对材料特性进行无法想象的操纵打开了大门。