由亥姆霍兹柏林中心研究员海梅·桑切斯-巴里加博士领导的国际团队近日揭示了铁磁体钴元素中复杂的拓扑电子结构。研究团队在BESSY II同步辐射光源上采用自旋角分辨光电子能谱技术测量发现，即使在室温条件下，钴的能带也会沿特定晶体学方向形成相互交叉的节点线网络。这项成果已发表于《通讯材料》杂志。

钴长期以来被视为典型的铁磁体，其电子结构被认为已研究透彻。桑切斯-巴里加表示：“钴是过去40年来研究最深入的铁磁元素之一，人们一度认为其电子结构已被充分理解。然而，我们发现钴的能带结构具有拓扑学上非常有趣的特征，其中存在大量的交叉点和节点，这些特征主导了其低能电子行为。”研究显示，这些自旋极化节点线受到晶体镜面对称性与铁磁性的共同保护，即使存在自旋轨道耦合仍保持无能隙状态。

该拓扑特征对自旋电子学具有重要意义。钴中节点线具有本质自旋极化特性，可通过改变磁化方向完全反转自旋纹理。这种磁控能力是自旋电子学应用的关键要素，而非磁性节点线材料不具备这一特性。研究团队指出，在简单元素铁磁体中观测到多条对称保护的节点线极其罕见，这使得钴成为研究拓扑态与磁性相互作用的理想模型体系。

实验数据与迈娅·韦尔尼奥里博士领导的理论团队基于密度泛函理论的计算高度吻合。计算表明钴中节点线受晶体镜面对称性与铁磁性的共同保护。节点线穿过费米能级的区域中，电子表现为无质量相对论性粒子，可高速运动。桑切斯-巴里加解释：“通过改变磁场方向，既可以在交叉点处打开能隙，也可以完全控制节点线的自旋纹理，同时保持无能隙态的独特性质。这正是实际应用中所需要的开关功能。”这一发现为自旋电子学器件开发提供了具有可调控性的拓扑材料平台。

出版详情：作者：OJ Clark等人，标题：《元素铁磁体中磁节点线的流形》，发表于：《通讯材料》(2026)。期刊信息：通讯材料