東京理科大学と東北大学の研究室で、科学者たちは複雑な合金の磁気的性質を予測するための、単純でありながら信頼できる指標を発見した。結晶の繰り返し構造単位のサイズは、準結晶に類縁する材料において異なる種類の磁性を分ける、従来の電子濃度よりも正確な指標であることが判明した。
研究者たちは、ツァイ型近似結晶——真の準結晶の特徴を再現する入れ子状の原子クラスターを持つ構造——を調べた。金を含み、アルミニウムまたはガリウムと希土類元素（テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム）からなる化合物では、磁気的挙動は格子定数——繰り返し原子ノード間の距離——に依存していた。
値が14,72オングストロームより大きい場合、「渦状の」反強磁性状態が生じた。原子の磁気モーメントは秩序立っているが逆向きの配置をとった。14,62～14,72オングストロームの狭い範囲では、全体の磁化を伴う渦状の強磁性が現れた。この閾値より下では、材料はスピングラス状態——長距離秩序のないモーメントの無秩序な凍結——へと移行した。
以前、科学者たちは主に原子あたりの価電子数に注目していた。この指標は化学組成の変化に対して不安定にしか機能しなかった。新しい構造的基準は単一の相図をもたらし、それが今や、所定の磁気的性質を持つ材料の探索と創製のための実用的な地図として役立っている。
この発見は基礎物理学にとって重要であるだけでなく、特異な磁気状態が未来のデバイス——センサーから量子計算素子まで——の基盤となりうる量子材料の意図的な設計への道を開く。原子の「部屋」の大きさのわずかな変化が、原子の「集団」全体の挙動を根本から変えるのである。
成果はJournal of the American Chemical Societyに掲載され、新たな磁性準結晶とその近似結晶を体系的に探索するための信頼できる指標としてすでに注目されている。
