交变磁性：由非相对论对称性保护的自旋-动量锁定相

从1950年代该领域诞生到现代拓扑物质时代，对新型磁性量子相、现象和功能材料的探索一直由耦合自旋与实空间中的相对论磁性对称群所指导。然而，磁性群无法将非相对论相与效应（例如最近报道的共线反铁磁体中的非常规自旋物理）与通常较弱的相对论自旋轨道耦合现象区分开。在此，我们发现解耦自旋与晶体空间中更一般的自旋对称性将非相对论共线磁性分为三相：传统的铁磁体与反铁磁体，以及第三类独特相——其能带中净磁化强度为零并伴随交替的自旋-动量锁定，我们称之为“交变磁性(altermagnetic)”。对于这第三基本磁性相（被相对论磁性群所遗漏），我们发展了描述交变磁性自旋-动量锁定六种特征类型的自旋群理论。我们展示了交变磁性能带中源于局域电场晶体场的非凡自旋分裂机制，这与由全局磁化或反演不对称引起的传统磁性或相对论分裂形成对比。基于第一性原理计算，我们确定了从绝缘体、金属到铜基超导体母晶体的交变磁性候选材料。我们的结果支撑了具有轻元素、净磁化消失和强自旋相干性的高温磁体中量子相与自旋电子学的新兴研究。