山西
交变磁体（altermagnet）是近年来凝聚态物理领域新兴的一类磁态，因其兼具铁磁体的自旋劈裂特性和反铁磁体的零净磁化强度而备受关注——无需强自旋轨道耦合即可在动量空间中实现自旋分离，这对超高密度自旋电子学器件尤为重要。然而，交变磁体对晶格对称性的苛刻要求使其候选材料极为有限，如何在化学层面主动设计并实现交变磁性，是当前该领域面临的核心挑战之一。
近日，中国科学技术大学武晓君教授团队在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上发表研究，提出了一种基于化学对称性破缺的通用策略，通过非对称配体修饰，在二维金属有机框架（MOF）材料中实现了常规反铁磁态到交变磁态的理论转变。论文共同第一作者为徐培博（博士生）和车沂轩（博士生），通讯作者为武晓君教授和吕海峰副研究员。
图1. 基于非对称化学修饰的反铁磁-交变磁转变策略示意图
反铁磁体与交变磁体共享反平行磁序和零净磁化强度的基本特征，二者本质差异仅在于连接相反自旋亚晶格的对称操作：前者为平移或空间反演，后者为旋转。基于这一认识，研究团队提出，如果能在已有反铁磁体中有意改变磁性位点的局域对称性，就可以在化学层面"拨动"这一对称性开关。
该团队以实验上广泛研究的铬酞菁（CrPc）单层为模型体系，通过选择性氟化及含氧五元环修饰等方式，对有机配体进行不对称修饰。第一性原理计算表明，这一策略有效降低了磁性 Cr 中心周围的局域对称性（C₄ → C₂ 乃至 C₁），进而将连接相反自旋亚晶格的对称操作转变为旋转操作，触发动量依赖的自旋分裂。计算显示，修饰后体系的自旋分裂幅度可达约 35–85 meV，与已知交变磁半导体相当；自旋霍尔电导率可达约 353 (ℏ/e)•S/cm。Monte Carlo 模拟进一步表明，通过调控化学修饰的类型和程度，磁转变温度可在 13–34 K 范围内连续调节。
图2. 本征与氟化铬酞菁的晶体结构及对称要素
小结
该工作的核心创新在于将交变磁体的对称性调控问题纳入化学设计的框架。相比外场、层间扭转等物理手段，不对称配体修饰策略具有天然的普适性和可拓展性：MOF 材料中配体和金属中心的丰富组合空间，为系统性设计交变磁候选体系提供了广阔的化学平台。此外，金属酞菁体系已有成熟的合成化学积累，该工作可以为实验实现有机交变磁体提供清晰的理论路径。
Engineering Altermagnetic Transitions in Two-Dimensional Metal–Organic Frameworks via Chemical Symmetry Breaking
Peibo Xu, Yixuan Che, Haifeng Lv*, Xiaojun Wu*, Jinlong Yang
J. Am. Chem. Soc.,2026, DOI: 10.1021/jacs.5c22635
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