2024 物理重大突破：全新磁態「交變磁」震撼登場

科學研究不斷帶來劃時代的發現，拓展著人類知識的邊界。每年，著名的《科學》雜誌都會在其年度十大科學突破名單中，聚焦這些重大成就。2024 年，該雜誌將有望把愛滋病毒感染率降至零的藥物 lenacapavir 評為年度突破。而在物理領域，美因茨約翰內斯·古騰堡大學（JGU）的研究人員發現了「交變磁」（altermagnetism），這一成果備受矚目。

JGU 物理研究所的 Jairo Sinova 教授表示：「這是對我們工作真正獨特的肯定，能因這項研究獲得認可，我們深感自豪與榮幸。」正是他和他的團隊發現並證實了「交變磁」現象。

一直以來，物理學界只承認兩種磁性：鐵磁性和反鐵磁性。古希臘時期人們就已熟知的鐵磁性，是使冰箱磁鐵吸附的力，此時所有磁矩都朝同一方向排列。反鐵磁性則是磁矩以規則模式排列，但方向相反，在外顯上相互抵消。

2019 年，美因茨大學的研究人員遇到了一種無法用上述兩種磁性解釋的現象：反鐵磁體中存在完全完整的動量電流。他們推測，這必定歸因於一種不同於鐵磁性和反鐵磁性的磁矩排列方式——於是，「交變磁」的概念應運而生。

事實上，「交變磁」材料結合了鐵磁體和反鐵磁體的特性。它們相鄰的磁矩總是像反鐵磁體那樣彼此反平行，但同時又呈現出自旋極化電流——就如同鐵磁體。

Sinova 教授解釋道：「透過對自旋對稱性的數學分析，我們得以從理論上預測交變磁的存在。自旋極化電流會隨著電流方向交替變化，這便是『交變磁』名稱的由來。」

「交變磁」這一新領域是合作研究中心 CRC/TR 173「Spin+X——集體環境中的自旋」以及 CRC/TR 288「電子量子物質相的彈性調諧與響應（ELASTO-Q-MAT）」的核心，JGU 的研究人員在其中發揮著重要作用。2024 年，德國研究基金會批准繼續為這兩個合作研究中心提供資金支援。

2024 年，JGU 的研究人員也透過實驗證實了「交變磁」的存在。Sinova 教授補充道：「我們 Hans-Joachim Elmers 教授團隊的同事首次測量到了一種被視為交變磁標誌的效應。他們使用了德國最大的研究中心之一 DESY 特別研發的脈衝電子顯微鏡。」

「交變磁」作為第三種磁性的發現，是一項重要的科學突破。它揭示了此前未知的效應，更重要的是，其在實際應用方面具有重要意義。如果能在動態隨機存取記憶體中使用電子的磁矩而非電荷進行資料儲存，資料儲存容量有望大幅提升。目前已知至少有 200 種不同材料表現出「交變磁」特性，這是其巨大的優勢。