近日，保罗谢勒研究所(PSI)的研究员开发出一种含有10亿个小磁铁的合成材料。

如图所示为PSI的研究人员研制出的一种由磁性材料制成的长纳米磁性粒子层，该层平面呈蜂窝状。这种合成材料的磁化排列在不同的温度下呈现不同的结构——就像冰的分子比水分子的排列更有序，而水分子的排列比蒸汽更有序一样。(图片来源:PSI 的Luca Anghinolfi)

这个新发现的创新之处在于合成材料的相随温度的改变而改变，随之改变的是材料的磁性。这种材料的相转变就像水在固体、气体和液体之间的转变一样。这种纳米磁性材料可以进一步改进，以更有效的信息传递方式，将来应用于电子产品中。

该材料的相转变基于温度的变化。材料的相变是由PSI研究所的团队负责人 Laura Heyderman 观察到的。

Heyderman 说：“这次的发现让我们感到惊讶和兴奋。此前只有复杂结构的材料才能够发生相变。这次的研究表明了一种新型相转变，而开发出该种材料的PSI的研究人员会进一步研究该材料的信息传递性能，拓展其潜在应用。”

这种超材料的优点是易制备。据研究人员介绍，在自然材料中，人们无法大规模精确地对单个原子进行重新排列。但是，这次的研究使得人们可以对纳米磁性材料进行精确的原子重组。

蜂窝状的纳米磁性材料

纳米磁性材料的形状像米粒，长度约63纳米。利用先进的技术，研究人员将多达10亿个纳米磁性粒子以蜂窝的形式排列在平坦的衬底上。纳米磁性材料的蜂窝总面积为5毫米*5毫米。

最初，研究人员将超材料聚集的磁粒子在室温下利用特殊的测量技术进行了研究。研究结果表明，材料内部无磁取向，磁的南北两极的指向随机。

随着材料以连续渐进的方式冷却，在某一温度点，研究人员发现了材料的高度有序点，此时的邻近磁铁增多。温度进一步降低，材料的有序程度进一步变大。磁排序在这个高度有序阶段出现冻结。通过将水冷却成冰，水也表现出类似的行为。Heyderman说：“我们被这个事实震撼了，这种合成材料具有平常的相变现象。”

可定制的超材料

研究人员计划进一步研究影响磁相变的因素，包括纳米磁性粒子的大小、形状和排列。这种相变使得材料结构发生重建，具有潜在的应用价值。

Heyderman说：“美妙之处在于，这种可定制的相变使得超材料可以适应于不同的需求。”

除了应用于信息传递领域，新材料也可以作为数据存储或磁场传感器。当其应用于自旋电子学领域，将对电子产品发展、改进计算机技术带来一定的优势。

目前，有关纳米磁性粒子的磁场方向的相关测量和材料性能的研究只在PSI进行过。该研究所在SµS项目中拥有独特的μ介子光束（一种奇异的基本粒子），可以用来研究纳米磁性粒子材料的属性。这个研究小组中来自圣安德鲁斯大学的Stephen Lee也同时参与了该研究。