近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心，提出了基于频率依赖响应函数的通用型相变临界点预测指标，适用于平衡与非平衡两种磁相变系统临界点的预测。
对于磁性材料，可使用磁场和自旋力矩两种方法去翻转磁性材料的磁矩。前者对应平衡相变，后者对应非平衡相变。在磁场Bz驱动磁矩翻转的情况下，通过施加水平扰动场Bx0 cos(ωt)，磁矩的水平分量mx的峰值和磁场Bz以及频率ω的关系如图b所示。随着Bz接近临界点Bc，静态（ω=0）响应函数按照反比例函数形式趋向于发散，而动态（ω=ωc本征磁共振频率）响应函数逐渐减小，因此静态响应函数可作为磁场翻转磁矩过程的预测指标。对于自旋力矩驱动磁矩翻转的情况，mx的峰值和自旋力矩Jstt以及频率ω的关系如图e所示。随着Jstt接近临界点Jc，动态（ω=ωc）响应函数按照反比例函数形式趋向于发散，静态（ω=0）响应函数逐渐降低，因此动态响应函数可作为自旋力矩翻转磁矩的预测指标。研究进一步发现，这些静态和动态指标可在一阶线性微分系统的框架内统一，为预测平衡和非平衡相变的临界点提供了可推广的策略。
磁性体系中关于平衡与非平衡相变临界点预测指标的研究，为理解自然界中相变现象及探索其一般规律提供了新思路，彰显出该方法在跨学科研究的可拓展前景。
这一成果具有潜在的自旋电子学应用价值，可用于临界增强型磁传感器、磁存储器均匀性测试、自旋力矩振荡器动态控制和新型磁性材料设计。
相关研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院国际交流计划项目的支持。
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平衡与非平衡磁性系统相变的示意图和预测指标
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