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“有趣而無(wú)用”的反鐵磁材料有望“可讀可寫(xiě)”

發(fā)布時(shí)間：2026-01-30

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

責(zé)任編輯：科普網(wǎng)

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科技日?qǐng)?bào)上海1月29日電（沈涵記者王春）記者29日從復(fù)旦大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用自主開(kāi)發(fā)的多模態(tài)磁光顯微技術(shù)，發(fā)現(xiàn)一類(lèi)特殊的低維反鐵磁體系能夠在外磁場(chǎng)下像鐵磁體一樣展現(xiàn)出確定性的雙穩(wěn)態(tài)整體切換，并完善了經(jīng)典的磁學(xué)理論框架，用來(lái)描述該現(xiàn)象背后的物理機(jī)制。該研究揭示了低維層間反鐵磁體磁化翻轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素與獨(dú)特效應(yīng)，推動(dòng)反鐵磁材料研究邁出從“有趣而無(wú)用”到“可讀可寫(xiě)”的關(guān)鍵一步，為開(kāi)發(fā)新一代低功耗、高速運(yùn)算芯片提供了新路徑。相關(guān)成果29日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

在鐵磁體中，磁針均整齊指向同一方向，易于通過(guò)外磁場(chǎng)調(diào)控，因此常規(guī)磁性設(shè)備如機(jī)械硬盤(pán)等均以鐵磁材料作為存儲(chǔ)單元。而反鐵磁材料由于磁針?lè)较蛳喾�、磁性抵消而很難被磁場(chǎng)調(diào)控，多被當(dāng)作輔助鐵磁體的“配角”。

相比鐵磁體，反鐵磁材料其實(shí)更有助于開(kāi)發(fā)更高密度、更快運(yùn)行速度的磁性存儲(chǔ)器，但這要滿足一個(gè)條件：在保持反鐵磁態(tài)的基礎(chǔ)上，所有磁性層同時(shí)發(fā)生整體性雙態(tài)切換。

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系吳施偉所在團(tuán)隊(duì)基于多年的技術(shù)積淀，設(shè)計(jì)并成功研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)液氦多模態(tài)磁光顯微系統(tǒng)。結(jié)合非線性光學(xué)二次諧波技術(shù)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，層間反鐵磁體CrPS4（硫代磷酸鉻）的反鐵磁態(tài)可被磁場(chǎng)整體切換，并成功捕捉到了這一“集體舞蹈”現(xiàn)象。

復(fù)旦大學(xué)理論物理與信息科學(xué)交叉中心袁喆團(tuán)隊(duì)為上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提供了理論框架。團(tuán)隊(duì)通過(guò)微磁模擬，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中觀察到的兩類(lèi)磁切換行為。之后，他們又創(chuàng)新提出了Stoner-Wohlfarth反鐵磁模型，并推導(dǎo)出反鐵磁的“特征交換尺寸”以充當(dāng)兩類(lèi)行為的判據(jù)，不僅完美解釋了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)，更為未來(lái)按需設(shè)計(jì)與搜尋具有理想翻轉(zhuǎn)特性的反鐵磁材料提供了理論指引。

該研究為反鐵磁動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究以及技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)了變革性突破，也為未來(lái)低維磁性材料集成到自旋電子學(xué)以及光電子領(lǐng)域中開(kāi)辟了新途徑。

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