近日，北京航空航天大学物理学院量子磁性和拓扑物理研究方向郭怀明教授课题组与其合作者在《Physical Review Letters》上发表了题为 “Design of altermagnetic models from spin clusters” 的论文，并被选为PRL编辑推荐。

磁性是凝聚态物理学中最基本的研究领域之一，传统上共线磁体分为两个基本类型：铁磁和反铁磁。近年来，研究人员发现一种与铁磁和反铁磁并列的第三磁性—交错磁。交错磁同时具备铁磁和反铁磁的性质，不仅自身包含丰富的物理性质，还可能导致许多新奇量子物态，其发现被《科学》杂志评选为2024 年度十大科学突破之一，未来有望应用于自旋电子计算机。尽管进行了广泛的研究，到目前为止，只有少数几种交错磁候选材料被实验确认，交错磁性的理论模型也十分有限，并且如何区分交错磁和传统反铁磁的磁有序也有待研究。

该工作提出了一种生成交错磁模型的通用方案。该方法利用自旋团簇作为基本单元，根据目标交错磁的对称性构建交错磁晶格模型的基元。在每个团簇内，组成的自旋可以是铁磁耦合或反铁磁耦合。随后，将这些自旋团簇排列到与交错磁对称性一致的布拉伐格子上，就可以实现二维和三维交错磁。该方法自然满足交错磁所需的时空反演对称性破缺和零磁化要求。重要的是，交错磁序在模型构建中得到了明确体现，展现出铁磁与反铁磁共存。通过该方法，可以生成具有d波、g波和i波对称性的各种交错磁模型。在这些模型中，电子能谱和磁振子谱展示了交错磁特有的自旋分裂和手性分裂。此外，在某些模型中，交错磁可以通过电子-电子相互作用在广泛的参数范围内自发实现。该方案提供了一种能够在不同几何构型中实现交错磁的通用方法，显著拓宽了探索交错磁物理现象的晶格模型和材料平台的范围。

该工作由北京航空航天大学、南京理工大学、合肥国家实验室、澳门大学和北京师范大学的研究人员合作完成。我校物理学院郭怀明教授、合肥国家实验室张松波教授为工作的共同通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委面上项目、北京凝聚态国家实验室开放课题、国家重点研发计划等项目支持。

正文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.166701