2026年9月30日——在材料化学中，识别能够对复杂金属间化合物中的磁基态进行归类的共同参数，仍是一项核心挑战。历史上，多种化学可调参数已被用于各类化合物中以控制磁性质。其中一个参数是价电子浓度，通常以每个原子电子数 (e/a) 比来讨论。e/a 比已被广泛用于对 Heusler 合金和近似晶体等金属体系中的磁基态进行分类。

在金（Au）基 Tsai 型近似晶体中，已发现 e/a 比可控制磁基态，包括长程反铁磁（AFM）和铁磁（FM）有序以及自旋玻璃态。Tsai 型化合物通常被描述为多壳层团簇基结构，其中承载磁矩的稀土元素占据二十面体位置（如图1所示）。然而，e/a 的预测能力在不同合金体系和组成元素之间仍然有限。鉴于基于准晶的金属间化合物有潜力作为探索涌现磁现象的平台，建立可靠且实验上可获取的参数以识别并指导其磁性质开发，是非常必要的。

为弥补这一空白，由日本东京理科大学（TUS）科学技术研究所助理教授 Farid Labib 和日本东北大学多元物质科学研究所副教授 Kazuhiro Nawa 领导、TUS 教授 Ryuji Tamura 共同参与的研究团队，研究了晶格参数作为与 Tsai 型二十面体化合物中磁基态选择相关的统一结构参数。

“准晶是迄今发现的结构最独特的材料之一，预计会表现出普通晶体中不存在的新奇磁态和量子现象，” Labib 博士解释说。“迄今为止，还没有统一的指导原则来系统探索准晶及其近似晶体中的这些新现象。” 他们的研究将于2026年9月30日发表在《美国化学会志》上。

在合成一系列含稀土元素铽（Tb）、镝（Dy）和钬（Ho）的 Au–(Al/Ga) 基 1/1 近似晶体后，研究人员系统研究了它们的结构和磁性质。他们发现 e/a 与晶格参数之间几乎呈单调的负相关（如图2所示）。他们还在含 Tb、Dy 和 Ho 的非 Heisenberg Tsai 型化合物中开展了进一步实验，并揭示了与强单轴磁各向异性相关的特征性旋转反铁磁和铁磁有序。晶体电场产生强磁各向异性，有利于磁矩的特定取向（图3）。

基于这些实验结果，他们发现磁基态可以按照晶格参数进行高精度归类，而传统的 e/a 分类则随稀土元素和合金组成表现出系统性偏移。如图2所示，这些化合物在晶格参数高于约14.72 Å时表现出旋转反铁磁态，在14.62至14.72 Å之间表现出旋转铁磁态，在低于约14.62 Å时表现出自旋玻璃态。区分这些磁态的明确阈值使晶格参数成为统一且实验上可获取的结构描述符，用于预测磁基态并指导新材料开发。

“本研究构建的统一磁相图可作为实用路线图，用于系统探索表现出新奇磁有序和量子现象的新型磁性准晶及近似晶体，” Nawa 博士评论道。“它还可以为设计具有目标磁基态的新型磁性材料提供指导，为准周期和复杂金属间化合物体系中非常规磁性的发现开辟新机遇。”

总体而言，本研究将晶格参数确立为 Tsai 型化合物中磁基态选择的统一结构描述符，为探索和设计具有新奇磁性的材料提供了实用框架。这些发现表明，在理解复杂合金中由传导电子介导的磁相互作用时，除电子浓度外，还应明确考虑结构长度尺度。