一种新型磁体在室温下工作

电子带有电荷，也带有自旋——一个指向“上”或“下”的微小内禀磁体。自旋电子学（spintronics）旨在利用自旋来存储和处理信息。近年来，物理学家发现了一些具有惊人性质的磁性材料：它们没有整体磁化强度，但其电子的能量仍取决于自旋，而且这种依赖关系会随电子运动方向而改变。这种“自旋劈裂”不依赖相对论效应，因此幅度很大。

在其中一些被称为交错磁体（altermagnet）的材料中，这种图样是对称的：朝一个方向运动的电子和朝相反方向运动的电子看到相同的自旋。而在p波磁体中则相反：运动方向翻转，自旋也随之翻转。此前报道的p波磁体只能在液氮温度以下工作。

藏在熟悉晶体中的螺旋

复旦大学（上海）、德累斯顿的两个马克斯·普朗克研究所以及中国和捷克其他机构的Kaiwen Shen、Xianzhe Chen、利博尔·什梅伊卡尔（Libor Šmejkal）及其同事，把目光投向了铁酸铋（BiFeO₃）。它是研究得最充分的“多铁性”材料之一——这类材料既有磁性又是铁电体，即带有内建的电极化。它在约640开尔文（远高于室温）以下保持磁有序，在1,100开尔文以下保持铁电性。

在它内部，铁原子的磁矩并不平行排列：它们沿着一条螺旋一步步旋转，这条螺旋称为摆线（cycloid）。团队表明，仅凭这条螺旋本身就能产生p波磁性——他们称这一机制此前一直被忽视。

先是理论，然后是激光

• 对晶体电子的计算显示出清晰的p波自旋图样，自旋劈裂约为100毫电子伏特。加入相对论效应几乎不改变它：这一效应来自磁序本身。
• 当螺旋朝另一个方向旋转——左旋而不是右旋——时，自旋图样随之反转。
• 在实验室里，他们生长了一层100纳米厚的铁酸铋薄膜，并用金刚石针尖的量子传感器对其磁螺旋进行了成像。
• 为了读出自旋，他们用一束圆偏振激光照射薄膜。朝一个方向旋转的光对一种自旋的电子的激发多于另一种，从而产生一个微小的电流，其正负号随自旋方向而定。当他们旋转样品时，电流恰好在p波自旋极化所预测的方向上达到峰值。所有这些测量都是在室温下、在开放空气中完成的。

用电压翻转自旋

关键特征在于：在铁酸铋中，螺旋的手性与电极化是锁定在一起的。反转其中一个，另一个也随之反转。

团队在薄膜上施加了约每厘米300千伏的电脉冲。极化发生旋转，螺旋改变了手性，激光诱导的电流也改变了符号：一个脉冲之后为正，相反的脉冲之后为负。以外加电场为横坐标作图，电流描绘出一条与晶体极化翻转相吻合的磁滞回线。这种变化是可逆的，并且在脉冲结束后保持不变。

电脉冲翻转极化和螺旋的手性（a）；器件（b）；自旋电流反转符号（c），并随电场描绘出一条磁滞回线（d）。——图3，Shen等（2026），arXiv:2610.12892。

从极寒走向桌面

作者把它描述为一种具有奇宇称自旋劈裂、可在室温下由电压控制的磁体，并认为它是通向低功耗自旋电子器件的一条途径。这些结果来自实验室中的薄膜；除了所测信号的翻转之外，目前还没有演示任何器件。