FUTURE | 远见 闵青云 选编
近期，诺丁汉大学O. J. Amin, A. Dal Din，P. Wadley课题组在Nature期刊上发表了题为「Nanoscale imaging and control of altermagnetism in MnTe」的最新论文。该团队以锰碲（MnTe）为模型材料，设计并制备了厚度为30纳米的α-MnTe(0001)薄膜，并利用极化X射线光电子发射电子显微镜（PEEM）实现了交变磁性有序矢量的纳米尺度成像。研究人员结合磁线性二色性和磁圆二色性技术，成功绘制了局部交变磁性态的图谱，揭示了从纳米尺度的磁涡旋和磁畴壁到微米尺度单磁畴状态的丰富自旋结构。
交变磁性（Altermagnetism）是一种新型磁性状态，因其在自旋电子学、超导性以及拓扑材料等领域的潜在应用而备受关注。与传统铁磁材料相比，交变磁性不仅具备时间反演对称性破缺的特性，还具有零净磁化的优点。这一特性使其能够与超导体和拓扑绝缘体等相位兼容，同时具备抗外部磁场扰动的能力。然而，由于交变磁性材料的自旋极化特性复杂且缺乏有效的局部检测手段，其磁性态的研究和调控面临诸多挑战。
为了解决这一问题，诺丁汉大学O. J. Amin, A. Dal Din，P. Wadley课题组以锰碲（MnTe）为模型材料，设计并制备了厚度为30纳米的α-MnTe(0001)薄膜，并利用极化X射线光电子发射电子显微镜（PEEM）实现了交变磁性有序矢量的纳米尺度成像。研究人员结合磁线性二色性和磁圆二色性技术，成功绘制了局部交变磁性态的图谱，揭示了从纳米尺度的磁涡旋和磁畴壁到微米尺度单磁畴状态的丰富自旋结构。
此外，通过微结构图案化和热循环磁场施加，研究团队对交变磁性纹理进行了有效控制，显著提升了其在实验中的可操作性和稳定性。研究结果表明，这些交变磁性态能够实现对时间反演对称性破缺的精确检测，并为探索交变磁性在超导、拓扑相位以及神经形态自旋电子器件中的应用奠定了基础。上述研究成果展示了交变磁性在现代科学与技术中的广阔应用前景，为开发新型高性能自旋电子器件提供了重要理论依据和技术支撑。
1）实验通过结合X射线磁圆二色性（XMCD）的时间反演对称性破缺灵敏度、磁线性二色性和光电子发射电子显微镜（PEEM），实验首次在纳米尺度和微米尺度上成像了锰碲中包括涡旋、磁畴壁和单磁畴状态在内的交变磁性态，并成功构建了局部交变磁性有序矢量的映射。 2） 实验通过微结构图案化和热循环磁场施加，实现了交变磁性自旋结构的控制。实验通过设计微结构并在热循环磁场的作用下对交变磁性纹理进行调控，形成从100纳米尺度到10微米尺度的不同自旋配置，包括涡旋、磁畴壁以及单磁畴状态。这一控制能力验证了交变磁性在不同空间尺度上的可调控性，为进一步研究其非常规自旋极化特性和拓扑特性奠定了基础。 3） 本研究揭示了交变磁性材料（如MnTe）的独特属性及其广泛的应用前景，例如在高空间、时间和能量可扩展性的数字和神经形态自旋电子器件中，以及与超导和拓扑相位相互作用的探索。实验成果为交变磁性的理论研究和实际应用提供了实验依据，并拓展了磁性器件设计的可能性。
