北京
“高熵”是一種新興的材料設(shè)計范式，通過多主元近等比例混合構(gòu)建高構(gòu)型熵體系，此概念最初應(yīng)用于合金中，因其優(yōu)異的機(jī)械性能而受到廣泛關(guān)注。而高熵磁性材料則是研究復(fù)雜磁性的理想平臺。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，高熵帶來的強(qiáng)原子級無序會抑制長程磁有序，誘導(dǎo)自旋玻璃等短程序態(tài)。然而，近期在一些高熵磁性材料中觀測到的長程序跡象，對這一固有認(rèn)知提出了挑戰(zhàn)。因此，如何在強(qiáng)無序體系中實現(xiàn)并調(diào)控長程磁有序，成為發(fā)展新型磁性功能材料的關(guān)鍵議題。
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心磁學(xué)實驗室M08組團(tuán)隊和先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室A02組團(tuán)隊，通過與中國人民大學(xué)等所內(nèi)外團(tuán)隊的密切合作，依托散裂中子源和同步輻射光源等先進(jìn)表征平臺，對新型高熵范德瓦爾斯材料(Mn1/4Fe1/4Co1/4Ni1/4)PS3進(jìn)行了系統(tǒng)的磁性研究。研究團(tuán)隊結(jié)合單晶中子衍射和共振軟X射線散射（RSXS）技術(shù)，成功在該高熵體系中探測到了長程磁有序信號，其奈爾溫度約為72 K，并具有奇異的自旋朝向“無序”分布。
圖1 （左）(Mn1/4Fe1/4Co1/4Ni1/4)PS3的磁結(jié)構(gòu)；（右）各個元素及整體的磁有序相變
實驗表明，盡管Mn、Fe、Co、Ni四種過渡金屬離子在晶格中隨機(jī)占位，但它們在相變點協(xié)同進(jìn)入磁有序態(tài)，呈現(xiàn)出統(tǒng)一的磁相變過程。尤為特殊的是，不同于傳統(tǒng)磁性材料中自旋取向的一致性，該材料中各元素的自旋取向呈現(xiàn)“元素特異性”，即四種離子具有各自的磁矩指向。由于各個元素在材料中無序分布，使得自旋朝向也表現(xiàn)出高度的無序性。該工作不僅在高熵磁性材料中確立了穩(wěn)定的長程磁有序，更通過“元素特異性”的測量手段，發(fā)現(xiàn)了一種自旋朝向無序分布的奇異磁有序態(tài)。該結(jié)果為理解強(qiáng)無序體系中的磁性提供了全新視角，對未來基于高熵材料的新型自旋電子學(xué)器件研發(fā)具有重要意義。
該工作以“Long-range magnetic order with disordered spin orientations in a high-entropy antiferromagnet”為題，發(fā)表于Nature Communications 17, 3558 (2026)。中國科學(xué)院物理研究所M08組沈瑤特聘研究員、A02組應(yīng)天平特聘研究員、中國人民大學(xué)汪晉辰副教授為通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院等項目的資助。
編輯：可去奇點
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