2026年2月16日——美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员与国际合作伙伴合作，在一款特殊设计的晶体中发现了令人惊讶的行为。这种由钽、钨和硒（这些元素因其在先进电子学中的潜力而被广泛研究）构成的晶体，展现出一种意想不到的原子排列方式，为自旋电子学和量子材料的新应用提供了线索。该研究团队揭示，原子自组织与磁性之间的相互作用可能为重大突破奠定基础。

在橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心（CNMS）——科学家们在此研究比人类头发细数百万倍的材料尺度——该团队进行了细致的原子尺度探究。他们原本预期钽原子会像许多系统那样随机分布在材料中。然而，这些原子却自组织成由10个原子组成的异常三角形团簇，每个团簇的排列都旨在最小化材料的整体能量并增强其稳定性，这是量子系统可靠性的关键因素。

当晶体被冷却至极低温度（低于50开尔文，约零下223摄氏度）时，这些团簇的角落出现了微小应变。这种应变引发了一种磁性转变，意味着材料开始在特定区域表现出磁性。简而言之，有序的原子排列不仅稳定了材料，还在充分冷却时产生了独特性质。

自旋电子学除了利用电子的电荷外，还利用了其内禀自旋特性。这种创新方法通过实现更快、更节能的操作，有望成为传统电子学的可行替代方案。它属于更广泛的量子材料领域，这类物质的量子力学效应主导其行为，并产生超导性和异常磁性等现象。对这些原子尺度相互作用的深入理解和精确控制，可能为计算、数据存储和其他关键领域带来变革性进展。

“原子级工程正在重新定义我们定制材料的方式，”纳米相材料科学中心的Jewook Park表示，“这些进步预示着一个未来，我们将以前所未有的精度驾驭材料的特性。”