科研人员成功制备沿两个方向具有分离对称性的NiS超细纳米棒

晶体对称性是材料科学的一个基本概念，在确定结构-性能关系方面起着至关重要的作用。通常，晶体是由在三维​​空间中周期性重复的结构单元组成的固体，形成具有平移和旋转对称性的系统。

当系统内特定形式的对称性由于自发过程或外界影响而被破坏时，通常会出现新的物理现象和化学性质。然而，设计和调控材料中原子结构的大量努力主要集中在操纵几何形状、化学掺杂和局部环境;很少有关于新型对称材料的报道。

针对这一空白，由北京航空航天大学郭林教授、复旦大学车仁超教授、清华大学顾林教授和中国科学院物理研究所郭尔嘉教授组成的研究团队报道了一种具有新颖对称性分布的NiS超细纳米棒。该研究成果发表在《国家科学评论》杂志上。

该纳米棒的原子排列同时表现出径向旋转对称性和轴向平移对称性，这是首次在单个纳米结构中展示方向相关的对称性分离，这超出了已知的三维空间群和点群对材料结构的传统描述，超越了晶体学的常规定义。

由于其独特的晶体结构，纳米棒同时表现出不同方向的条纹磁畴和涡旋磁畴的综合磁性能。详细的结构表征表明，NiS纳米棒的横截面轮廓明显显示出规则的五环原子图案，而不是传统的周期性晶格。径向上，NiS纳米棒表现出旋转对称性，但缺乏平移对称性。

而从侧面观察，NiS纳米棒表现出规则的平移周期性，但在原子尺度上仅存在水平条纹和无序的原子结构，说明原子的径向投影周期性紊乱，径向对称性被破坏。

实验结果表明，NiS纳米棒只有生长到一定直径才会表现出传统的晶体状旋转和平移对称性。

此外，研究团队利用洛伦兹显微镜在纳米尺度上测量了NiS纳米棒的磁分布，结果表明NiS纳米棒具有轴向反向平行的条纹磁畴和径向排列的涡旋畴，表明电子自旋排列遵循原子固有排列。

沿长轴方向，原子长程有序排列产生取向一致的自旋和磁矩，形成畴壁;沿径向，原子的环状排列限制了自旋取向的一致性，导致磁矩形成闭环。

从短端来看，在NiS纳米棒中观察到的对称性分离表明了多个磁序的整合，这种现象以前在传统晶体、准晶体和非晶态材料中从未见过。这种由独特晶体对称性引起的固有磁配置为发现新的磁耦合和促进高密度非挥发性磁记录介质提供了新材料和设计概念。