二十面体准晶体中发现反铁磁性

科技日报讯 （记者张梦然）在一项开创性研究中，日本东京理科大学领导的国际研究团队在真实的准晶体中发现了反铁磁性。这是自1949年首次报道周期性晶体中的反铁磁性以来，科学家发现的第一个实验证据，显示在二十面体准晶体（iQC）中也会产生反铁磁性。相关论文11日发表在《自然·物理学》杂志上。

准晶体是一种固体材料，表现出非周期性的长程原子序。由于这种“准周期”性质，准晶体具有常规晶体中不存在的非常规对称性。研究人员一直对准晶体投入极大关注，研究它们独特的准周期磁序，尝试开发它们在自旋电子学和磁制冷中的可能应用。

研究团队此前曾在金—镓—稀土（Au-Ga-R）iQC中发现了铁磁性，但这一观察结果并不令人感到惊讶，因为平移周期性——晶体中原子的重复排列，并不是铁磁有序出现的先决条件。相比之下，自然界中发现的另一种基本磁序类型，即反铁磁性，本质上对晶体对称性更敏感。

基于他们在Au-Ga-R iQC中发现的铁磁性，研究团队确定了一种新型的Tsai型金—铟—铕（Au-In-Eu）iQC，表现出5倍、3倍和2倍的旋转对称性。该团队进行了一系列体特性测量和中子实验，以检查其磁性。磁化率测量显示，在零场冷却和场冷条件下，在6.5开尔文（K）的温度下都有一个尖锐的峰值，这与反铁磁转变一致。比热测量还显示在同一温度下有一个峰值，验证了尖峰是由于长程磁序引起的。

为进一步验证结果，团队在10K和3K温度下对iQC进行了中子衍射测量。他们在3K处观察到额外的磁性布拉格峰（衍射图样中的尖锐强度峰，表明有序的磁性结构），在温度依赖性测量中，该峰始终显示在6.5K的转变温度附近突然增加，为实际准晶体中长距离反铁磁有序提供了第一个明确的证据。

这一成果解开了一个长达数十年的谜团，即在实际准晶体中是否可能出现反铁磁序。新发现不仅重新激发了对反铁磁准晶体的寻找，而且还开辟了准周期反铁磁体研究的新领域，其影响远远超出了自旋电子学。