2003 年，科学家在实验室中观察到了一种新型的矿物相变——亚铁长石中铁的自旋变化，这是地球下地幔中含量第二丰富的成分。在压力或温度等外部刺激下，铁方镁石等矿物质可能会发生自旋变化或自旋交叉。在接下来的几年里，实验和理论小组证实了铁方镁石和桥锰矿(下地幔最丰富的相)的这种相变。但没有人完全确定这是为什么或在哪里发生。
2006 年，哥伦比亚工程教授 Renata Wentzcovitch 发表了她关于铁镁石的第一篇论文，为这种矿物的自旋交叉提供了理论。她的理论表明，它发生在下地幔一千公里的范围内。从那时起，哥伦比亚大学应用物理和应用数学系、地球与环境科学以及拉蒙特-多尔蒂地球观测站的教授 Wentzcovitch 与她的团队就该主题发表了 13 篇论文，研究了各种可能情况下的速度铁方镁石和桥锰矿中的自旋交叉，并在整个交叉过程中预测这些矿物的性质。2014 年，Wenzcovitch 的研究重点是极端条件下材料的计算量子力学研究，
Wenzcovitch 的最新论文与来自哥伦比亚工程学院、奥斯陆大学、东京理工大学和英特尔公司的多学科团队合作，详细介绍了他们现在如何识别铁方镁石自旋交叉信号，这是地球下地幔深处的量子相变。这是通过观察地幔中预计富含铁镁石的特定区域来实现的。该研究于 2021 年 10 月 8 日发表在Nature Communications 上。
Wentzcovitch 说：“这一激动人心的发现证实了我之前的预测，说明了材料物理学家和地球物理学家共同努力以了解更多关于地球深处正在发生的事情的重要性。”
自旋跃迁通常用于诸如用于磁记录的材料中。如果仅拉伸或压缩磁性材料的几纳米厚层，就可以改变该层的磁性并改善介质记录性能。Wentzcovitch 的新研究表明，同样的现象发生在地球内部数千公里的范围内，从纳米尺度到宏观尺度。
“此外，地球动力学模拟表明，自旋交叉促进了地幔和构造板块运动中的对流。因此，我们认为这种量子现象也增加了地震和火山爆发等构造事件的频率，”温茨科维奇指出。
研究人员仍然不了解地幔的许多区域，自旋状态变化对于了解速度、相稳定性等至关重要。 Wentzcovitch 正在继续使用基于密度泛函理论的从头计算预测的地震速度来解释地震层析图。她还在开发和应用更准确的材料模拟技术来预测地震速度和传输特性，特别是在富含铁、熔融或接近熔化温度的地区。
“特别令人兴奋的是，我们的材料模拟方法适用于强相关材料——多铁性、铁电体和一般高温材料，”Wentzcovitch 说。“我们将能够改进对地球 3D 断层图像的分析，并更多地了解地球内部的压碎压力如何间接影响我们在地球表面上方的生活。”