في مختبرات جامعة طوكيو للعلوم وجامعة توهوكو، اكتشف العلماء علامة إرشادية بسيطة لكن موثوقة للتنبؤ بالخصائص المغناطيسية لسبائك معقدة. وتبيّن أن حجم الخلية البنيوية المتكررة في البلورة أدق من تركيز الإلكترونات المعتاد في التمييز بين أنواع مختلفة من المغناطيسية في مواد قريبة الصلة من أشباه البلورات.
درس الباحثون بلورات تقريبية من نوع تساي — وهي بنى ذات عناقيد ذرية متداخلة تحاكي خصائص أشباه البلورات الحقيقية. وفي مركبات حاوية على الذهب مع الألومنيوم أو الغاليوم وعناصر أرضية نادرة (التيربيوم، الديسبروسيوم، الهولميوم)، كان السلوك المغناطيسي يعتمد على ثابت الشبكة — أي المسافة بين العقد الذرية المتكررة.
عند قيمة أكبر من 14.72 أنغستروم نشأت حالة مغناطيسية حديدية مضادة «دوامية»: إذ انتظمت العزوم المغناطيسية للذرات في تشكيل منظم لكن متعاكس الاتجاه. وفي مجال ضيق بين 14.62 و14.72 أنغستروم ظهرت مغناطيسية حديدية دوامية ذات مغنطة إجمالية. ودون هذه العتبة انتقلت المادة إلى حالة الزجاج السبيني — تجمّد فوضوي للعزوم دون نظام بعيد المدى.
في السابق، كان العلماء يسترشدون أساسًا بعدد إلكترونات التكافؤ لكل ذرة. وقد عمل هذا المؤشر بشكل غير مستقر عند تغيّر التركيب الكيميائي. أما المعيار البنيوي الجديد فقد أعطى مخططًا طوريًا موحدًا، صار الآن بمثابة خريطة عملية للبحث عن مواد ذات خصائص مغناطيسية محددة وإنشائها.
لا تقتصر أهمية الاكتشاف على الفيزياء الأساسية فحسب. فهو يفتح الطريق إلى تصميم موجّه للمواد الكمومية، حيث يمكن أن تصبح الحالات المغناطيسية غير العادية أساسًا لأجهزة مستقبلية — من المستشعرات إلى عناصر الحوسبة الكمومية. فأدنى تغيّر في أبعاد «الغرفة» الذرية يغيّر جذريًا سلوك «جماعة» الذرات بأكملها.
نُشرت النتائج في Journal of the American Chemical Society، وتُعدّ بالفعل علامة إرشادية موثوقة للبحث المنهجي عن أشباه بلورات مغناطيسية جديدة وتقريباتها.
