Trong các phòng thí nghiệm của Đại học Khoa học Tokyo và Đại học Tohoku, các nhà khoa học đã phát hiện ra một dấu hiệu định hướng đơn giản nhưng đáng tin cậy để dự đoán tính chất từ của các hợp kim phức tạp. Kích thước của ô cấu trúc lặp lại trong tinh thể hóa ra lại chính xác hơn nồng độ electron thông thường, yếu tố phân biệt các loại từ tính khác nhau trong các vật liệu có họ hàng với tinh thể giả.
Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các tinh thể xấp xỉ kiểu Tsai — những cấu trúc với các cụm nguyên tử lồng vào nhau, tái hiện những đặc điểm của tinh thể giả thực sự. Trong các hợp chất chứa vàng với nhôm hoặc gali và các nguyên tố đất hiếm (terbi, dysprosi, holmi), hành vi từ tính phụ thuộc vào thông số mạng tinh thể — khoảng cách giữa các nút nguyên tử lặp lại.
Khi giá trị lớn hơn 14,72 angstrom, trạng thái phản sắt từ «xoáy» xuất hiện: mômen từ của các nguyên tử sắp xếp thành một cấu hình có trật tự nhưng hướng ngược nhau. Trong khoảng hẹp 14,62–14,72 angstrom, hiện tượng sắt từ xoáy với từ độ tổng cộng xuất hiện. Dưới ngưỡng này, vật liệu chuyển sang trạng thái thủy tinh spin — sự đóng băng hỗn loạn của các mômen mà không có trật tự xa.
Trước đây, các nhà khoa học chủ yếu dựa vào số electron hóa trị trên mỗi nguyên tử. Chỉ số này hoạt động không ổn định khi thành phần hóa học thay đổi. Tiêu chí cấu trúc mới đã đưa ra một giản đồ pha thống nhất, hiện nay đóng vai trò như một bản đồ thực tiễn để tìm kiếm và tạo ra các vật liệu có tính chất từ mong muốn.
Phát hiện này không chỉ quan trọng đối với vật lý cơ bản. Nó mở ra con đường dẫn đến việc thiết kế có mục tiêu các vật liệu lượng tử, nơi những trạng thái từ tính bất thường có thể trở thành nền tảng cho các thiết bị tương lai — từ cảm biến đến các phần tử tính toán lượng tử. Chỉ một thay đổi nhỏ nhất về kích thước của «căn phòng» nguyên tử cũng làm thay đổi triệt để hành vi của cả một «tập thể» nguyên tử.
Các kết quả đã được công bố trên Journal of the American Chemical Society và hiện đang được coi là một dấu hiệu định hướng đáng tin cậy cho việc tìm kiếm có hệ thống các tinh thể giả từ tính mới và các tinh thể xấp xỉ của chúng.
