物理学家首次观测到50年前预言的奇特磁旋涡

本研究首次在一个单一材料系统中完整观测到物质冷却至极低温时发生的两种重要磁性相变。研究人员将原子级厚度的镍磷三硫化物（NiPS3）冷却至约-150°C至-130°C，发现其进入一种特殊的磁相——Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相。在此相中，原子磁矩自发组织成成对出现的微小漩涡结构：每对包含一个顺时针、一个逆时针旋转的涡旋，彼此紧密绑定。这种涡旋横向尺寸仅几纳米，且严格限制在单原子层内，因而异常稳定，为在纳米尺度上操控磁性提供了全新可能。当温度进一步降低，材料又转入第二种磁相——“六态钟有序相”，此时所有磁矩只能沿六个由对称性决定的特定方向之一整齐排列。同时观测到这两个相，首次在实验上完整实现了上世纪70年代提出的二维六态钟模型，验证了该理论所预言的精确相变序列。研究团队指出，这一成果不仅明确了二维纯磁性材料中纳米磁涡旋自然出现的条件，也为后续探索更高温度（乃至接近室温）下稳定此类磁相的材料奠定了基础。此外，结果提示：其他二维磁性材料也可能隐藏着尚未被发现的新奇磁相，有望推动基础拓扑物理研究，并催生新型纳米电子器件设计思路。