近日，重庆大学物理学院许东辉教授课题组在交错磁性研究领域取得新的研究进展。课题组首次将交错磁性概念拓展至无平移周期的准晶体系，提出由非晶体学旋转对称性保护的非常规交错磁序。相关成果以“Altermagnetism in Quasicrystals”（准晶中的交错磁性）为题，于2026年7月22日发表于国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）[Phys. Rev. Lett. 137, 046705 (2026)]。该研究成果由重庆大学和湖北大学合作完成，湖北大学特任研究员陈锐为论文第一作者，许东辉为论文唯一通讯作者。
交错磁性是近年来受到关注的一类新型共线磁序。其宏观净磁化为零，同时电子谱可以出现随动量变化的非相对论性自旋劈裂，因而兼具补偿磁体杂散场小和自旋极化输运的特点，在超高速、高密度自旋电子学器件研发中具有应用潜力。此前，相关理论主要建立在周期晶体上，可实现的交错磁序受到晶体学旋转对称性的限制。准晶虽然没有平移周期，却保持长程有序，并允许八重、十重、十二重等周期晶体中不存在的旋转对称性。由此产生的关键问题是：这些非周期体系特有的长程有序与非晶体学对称性，能否保护周期晶体中没有直接对应的交错磁序？
图1：八重 Ammann-Beenker 准晶的晶格与轨道结构、双探针 STM 探测示意及相互作用驱动的交错磁序相图。
课题组首先研究了典型的八重 Ammann-Beenker 准晶，通过对称性分析和自洽平均场计算，得到稳定的 g波交错磁态。该磁态由八重旋转与时间反演的全局联合对称性保护。两个自旋分量的动量分辨谱函数在四十五度旋转下相互转换，二者之差随之改变符号并形成八重对称的节点纹理。研究团队还给出了两类可检验信号：动量空间的自旋谱纹理可以被自旋分辨角分辨光电子能谱来探测；双探针扫描隧道显微测量则可通过改变探针间距和方位角，获得自旋电导的角度依赖。计算表明，即使注入电流不带自旋极化，输出电流也可因交错磁序产生净自旋极化，其各向异性和节点方向可作为识别 g波交错磁性的特征。
图2：八重准晶 g波交错磁态的动量空间自旋分辨谱函数及各向异性自旋电导。
团队进一步将上述理论推广至十二重 Stampfli 准晶，预测了由十二重旋转和时间反演联合对称性保护的 i波交错磁态。其自旋分辨谱函数和自旋电导在三十度旋转下交换两个自旋分量，二者之差随之改变符号并形成十二重对称的节点结构。这一结果说明，平移周期性并不是形成交错磁性的必要条件，准周期长程有序及其非晶体学旋转对称性同样可以保护具有相应角向结构的交错自旋劈裂。
该成果延续了课题组对准晶中对称性保护量子物态的研究。2020年，许东辉教授课题组曾提出准晶高阶拓扑绝缘体，其中拓扑角态受非晶体学八重、十二重旋转对称性保护，相关成果发表于《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 124, 036803 (2020)]和《物理评论B》[Phys. Rev. B 102, 241102(R) (2020)]。相关工作受到国内外同行的广泛关注和跟进。
本项工作进一步表明，准晶中的非晶体学旋转对称性不仅可以保护拓扑物态，也可以为交错磁性提供新的对称性保护机制，丰富了对称性保护量子物态的分类。
该工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目资助。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/src1-b2xt
来源：物理学院
作者：许东辉
