交错磁（Altermagnetism）：二维磁性的新前沿

在磁性研究中，人们熟悉的主要是两类：铁磁（Ferromagnetism） 和 反铁磁（Antiferromagnetism）。
然而，近年来一种被称为 交错磁（Altermagnetism） 的新型磁性状态逐渐进入人们的视野。

什么是交错磁？

交错磁可以看作是一种“非常规的反铁磁”：

• 在 实空间 中，它表现为 自旋方向相反但大小相等 的磁矩分布，即“共线补偿磁序”；
• 在 倒空间（动量空间） 中，却能出现 自旋分裂的能带结构。
  这种独特的组合使得交错磁兼具反铁磁的零净磁矩特征和铁磁般的能带自旋分裂性质，为自旋电子学带来了全新的可能性。

研究方法：从对称性出发

这项研究提出了一种普适方法，用于在二维多组分材料中生成交错磁结构，核心思路是基于 对称性分析：

1. 空间群分析
   • 研究者分析晶体的空间群及其子群。
   • 通过对称操作，系统性地分类原子在晶格中的等价位置，并将它们排列成对称轨道（orbits）。
2. 多组分结构构建
   • 在这些对称轨道上引入不同化学元素。
   • 通过这种方式，可以生成满足特定对称性的候选结构。
3. 磁性筛选
   • 在候选结构中，寻找能够形成 共线补偿磁序 的排列方式。
   • 结合第一性原理计算，确定这些材料的磁性基态。
     

这种方法相当于把“对称性+材料构建+磁性筛选”整合成一个流程，能够系统地预测和生成可能具有交错磁的二维材料。

新发现的二维交错磁材料

作为验证，研究者利用该方法预测了多种此前未报道的二维交错磁材料，包括：

• Cr₂Si₂S₃Se₃
• Fe₂P₂S₃Se₃
• V₂O₂BrI₃

并通过 声子谱计算 验证了这些材料的动力学稳定性。
结果表明，它们不仅在理论上存在，而且可能在实验中被合成。

研究意义

• 这项工作显著扩展了二维交错磁材料的候选范围。
• 通过结合对称性分析和高通量筛选方法，为研究者提供了一条高效寻找交错磁材料的路径。
• 对实验合成而言，该研究也提供了宝贵的参考，为 新型自旋电子学器件 的设计奠定了基础。

✨ 总的来说，交错磁既不同于传统铁磁，也不同于反铁磁，它的“零净磁矩 + 自旋分裂能带”特性，或许能开启二维磁性材料研究和应用的新篇章。

参考文献

[1] Hongjie Peng, Sike Zeng, Ji-Hai Liao, Chang-Chun He†, Xiao-Bao Yang, and Yu-Jun Zhao Phys. Rev. B 111, 195123 (2025).