一種新的晶體迫使原子磁鐵以奇怪的方式扭曲。 佛羅里達州立大學的研究人員工程化了一種新型晶體材料，該材料使原子尺度的磁矩形成穩定的、旋轉的圓周模式，稱為類斯凱爾米翁自旋結構。這些複雜的自旋配置源於結構上的挫折，並因其穩定性和操控所需的最低能量而在推進低能耗數據存儲、高效電子學和量子信息技術方面具有重要潛力。 在原子層面上，磁性源於電子的內在自旋，這種自旋表現得像微小的方向性磁鐵。在傳統的磁性材料中，自旋通常會以鐵磁性（全部朝同一方向）或反鐵磁性（交替）排列。然而，在這裡，自旋無法解決為簡單的秩序，而是組織成複雜的、重複的螺旋。 這一突破源於故意結合兩種密切相關但結構不相容的化合物：MnCoGe（錳鈷鍺）和MnCoAs（錳鈷砷）。 儘管鍺和砷在元素周期表中是相鄰元素，使得這些化合物在化學上相似，但它們不同的晶體對稱性（MnCoGe變體為六方/正交，而MnCoAs為正交）在合金化時會產生競爭的結構偏好。這種不匹配在原子晶格層面上產生挫折，這轉化為磁性挫折，迫使自旋扭曲成所需的非平凡模式。 為了驗證這些類斯凱爾米翁的結構，團隊在橡樹嶺國家實驗室的散裂中子源上的TOPAZ儀器上使用單晶中子衍射，確認了納米尺度上圓周自旋排列的存在——這對潛在整合到緊湊設備中是理想的。 一個關鍵優勢是對這些模式的低能量控制，這可能使超高效的磁性記憶（例如，更高密度、低功耗的硬碟）或量子狀態的強大保護成為可能。與以往的斯凱爾米翁研究不同，後者通常涉及經驗性篩選現有材料，這項工作代表了一種理性、設計驅動的方法，利用“化學思維”來針對特定的組成邊界並預測新興的複雜磁性。 [Wang, Y., Campbell, I., Tener, Z. P., Clark, J. K., Graterol, J., Rogalev, A., Wilhelm, F., Zhang, H., Long, Y., Dronskowski, R., Wang, X., & Shatruk, M. (2025). 由結構挫折產生的類斯凱爾米翁自旋結構。美國化學學會期刊，147(47)，43550–43559。DOI: 10.1021/jacs.5c12764]