最新研究表明类晶体结构具有独特的磁跃迁

在材料科学领域，许多人都听说过晶体-高度有序的结构，其中原子以紧密且周期性的方式排列(重复原子排列)。但是，很少有人知道准晶体，准晶体是具有奇怪原子排列的独特结构。像晶体一样，准晶体也紧密排列，但是它们的不同之处在于它们具有前所未有的五边形对称性，因此原子排列是高度有序的，而不是周期性的。

这种独特的功能使它们具有独特的性能，例如高稳定性，耐热性和低摩擦性。自从大约30年前发现以来，全球科学家一直在试图了解准晶体的性质，以期在材料研究方面取得更大的进步。但是，这并不容易，因为准晶体本质上并不普遍。幸运的是，他们已经能够使用类似于准晶体的结构，称为“蔡氏近似”。详细了解这些结构可以深入了解准晶体的许多特性。反铁磁性就是这样一种性质，其中的磁矩以准周期性排列，与传统的反铁磁体明显不同。迄今为止，在准晶体中从未观察到这种特性，但是对于材料科学家而言，这种可能性令人兴奋，因为它可能是通往大量新应用的门户。

在《物理评论B：快速通讯》上发表的一项新研究中，东京科学大学的一组科学家在田村隆二教授的带领下，首次发现一种Tsai型近似物表现出反铁磁跃迁。这是一个令人兴奋的发现，因为它暗示甚至准晶体也可能显示出这种过渡。科学家已经知道Tsai型近似值有两个不同的变体：1/1和2/1近似值。

两者之间的主要区别在于2/1近似结构在其结构中包含一个额外的菱面体单元，而在1/1类型中则不存在，这使它们更加有序且更接近准晶体的结构。这就是为什么科学家想要了解2/1个近似值可以显示反铁磁性的条件的原因。它创造了即使在准晶体中也能看到这种新特性的可能性。田村教授说：“已经在1/1近似中观察到反铁磁跃迁，但是我们第一次在2/1近似中观察到它。这很有趣，因为与1/1近似不同，2/1近似包含了所有构成准晶体所必需的组件。”

为了更仔细地观察2/1近似值的磁性，科学家合成了具有晶体结构的金属合金，其中包含1/1和2/1近似值。通过使用一种称为超导量子干涉装置(SQUID)的装置，他们研究了近似值显示出不同磁特性的条件。有趣的是，他们发现，单个参数指示两种类型的近似值中都存在反铁磁性。这是每个原子的电子比率，在两种类型中略有不同。通过操纵电子/原子比，田村教授和他的团队看到了两种近似值都向反铁磁态“转变”。此属性以前在1/1类型中见过，但从未在2/1近似中见过。这是令人兴奋的发展，

田村教授详细阐述了他们的发现，他说：“我们首次成功观察到同一合金系统中1/1和2/1原子力显微镜近似的反铁磁跃迁。” 他补充说：“我们的发现清楚地表明，反铁磁阶在2/1的高阶近似中得以幸存，它具有创建准晶体的所有构造要素。”

准晶体的重要性是众所周知的，例如在诸如煎锅和针头的常规应用中。但是，鉴于它们的最新发现，对于使它们如此独特的原因还知之甚少。通过展示类准晶体结构中反铁磁性的存在，田村教授及其团队可能为准晶体研究的更大发展铺平了道路。田村教授总结说：“以前从未见过反铁磁准晶体，这一发现具有重大的学术影响。” 他补充说：“存在反铁磁的可能性 准晶体是朝着破解准晶体之谜迈出的一大步。”

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