反铁磁体 首先，我们从 磁性 的基础概念开始。物质根据其内部原子磁矩的排列方式，可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性和反铁磁性等。原子磁矩主要来源于电子的自旋角动量和轨道角动量。 在 铁磁体 （如铁、钴、镍）中，相邻原子的磁矩（或自旋）倾向于 平行排列 ，即使在没有外部磁场的情况下，材料内部也存在宏观的自发磁化，具有强磁性。 反铁磁体 则与铁磁体形成鲜明对比。在反铁磁体中，相邻原子（或离子）的磁矩倾向于 反平行排列 ，即方向完全相反。当所有磁矩大小相等时，它们相互抵消，导致在宏观尺度上 没有净磁化强度 ，总体表现为弱磁性或类似顺磁性的行为。 反铁磁有序的形成需要满足特定条件。这通常源于一种称为 超交换相互作用 的机制：两个磁性离子（如Mn²⁺）通过一个中间的非磁性离子（如O²⁻）发生间接交换作用。这种量子力学效应使得相邻磁性离子的自旋反平行排列时能量更低，从而更稳定。这种有序状态只在低于一个特征温度—— 奈尔温度 时才会出现。 在奈尔温度以上，热扰动足以破坏这种有序的反平行排列，材料转变为顺磁态。在奈尔温度以下，磁矩形成规则的反平行排列，可以形成多种 磁结构 ，例如最简单的情况是两个相互穿插的亚晶格，彼此磁矩相反。 反铁磁体的物理性质非常独特。由于其磁矩相互抵消，它对外部磁场的响应很弱，不易被磁化。然而，它的磁有序状态对其电子输运性质有深刻影响，例如会出现 反常霍尔效应 和 磁阻 现象。 从对称性角度看，反铁磁有序同时破坏了时间反演对称性和空间旋转对称性（因为它有一个特定的磁轴方向），但其 时间反演对称性与点阵平移结合的复合对称性 得以保留。这种对称性对其电磁响应有重要约束。 近年来，反铁磁体的研究价值急剧上升，成为凝聚态物理的前沿。核心原因在于：其磁有序动力学频率可达太赫兹范围，比铁磁体快数百倍；由于其净磁化几乎为零，它们对外部磁场干扰不敏感，且相邻单元间几乎没有杂散场干扰。这些特性使其在 超高速、高密度磁存储器件 方面潜力巨大。 更进一步，反铁磁体与 自旋电子学 紧密相连。通过电流或温度梯度可以操控反铁磁序，实现其磁矩的翻转。此外，某些反铁磁体也具有非平凡的能带拓扑结构，可能表现出新奇的自旋输运现象，将反铁磁性与 拓扑物态 的研究联系起来。