一种新的磁性得到了证实

最近一篇发表在《自然》杂志上的论文，利用光电子能谱和从头计算的方法，发现了一种新的磁性相，叫做交替磁性相（altermagnetic），它可以在没有净磁化和反演对称性破缺的情况下，实现克拉默斯自旋简并的消除。这是一个非常重要的发现，因为它揭示了一种新的对称性破缺的机制，可能导致一些新奇的物理现象和应用。

那么，什么是克拉默斯自旋简并呢？为什么它的消除是有意义的呢？我们先来回顾一下一些基本的物理概念。你们可能都知道，电子是一种具有自旋的费米子，它的自旋可以取两个值，分别用上箭头和下箭头表示。如果我们把电子放在一个晶体中，它的能量就会受到晶体的势能的影响，形成一些允许的能级。如果晶体具有反演对称性，那么根据量子力学的对称性原理，每个能级都会有两个简并的态，分别对应于自旋向上和向下的电子，这就是克拉默斯定理的内容。克拉默斯定理告诉我们，反演对称性保证了自旋简并的存在。

那么，如果我们想要消除自旋简并，我们就需要破坏反演对称性。这可以通过两种方式实现。一种是在晶体中引入磁化，也就是说，让电子的自旋有一个优先的方向。这样，自旋向上和向下的电子就会受到不同的磁场作用，导致能级发生分裂。这种情况下，自旋简并的消除是由于时间反演对称性的破缺，因为磁场会改变电子的运动方向。这种机制在铁磁体中是很常见的，而且效果很强，因为磁化是由非相对论的交换作用产生的，它是一种很强的相互作用。

另一种是在晶体中引入自旋轨道耦合，也就是说，让电子的自旋和轨道运动有一个耦合的关系。这样，自旋向上和向下的电子就会受到不同的晶体势能的影响，导致能级发生分裂。这种情况下，自旋简并的消除是由于空间反演对称性的破缺，因为自旋轨道耦合会改变电子的空间分布。这种机制在非中心对称的晶体中是很常见的，但是效果很弱，因为自旋轨道耦合是由相对论效应产生的，它是一种很弱的相互作用。

那么，这两种机制是不是就是唯一的方式呢？有没有可能在一个中心对称且无磁化的晶体中，也能实现自旋简并的消除呢？这就是这篇论文要探讨的问题。作者发现了一种新的磁性相，叫做交替磁性，它可以在没有净磁化和反演对称性破缺的情况下，实现克拉默斯自旋简并的消除。这是怎么做到的呢？我们来看看他们的实验和理论。