一項(xiàng)關(guān)于反鐵磁材料的研究成果近日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在低維反鐵磁體系領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)特定反鐵磁材料在外磁場(chǎng)作用下可呈現(xiàn)類似鐵磁體的確定性雙穩(wěn)態(tài)整體切換現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)為新型磁存儲(chǔ)器件開發(fā)提供了全新思路。

傳統(tǒng)磁存儲(chǔ)設(shè)備依賴鐵磁材料的宏觀磁化特性，而反鐵磁材料雖具有雜散場(chǎng)弱、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，卻因缺乏宏觀磁化難以實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控。研究團(tuán)隊(duì)聚焦的二維層間反鐵磁體具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)：層內(nèi)原子呈鐵磁耦合，層間則為反鐵磁耦合，且層間耦合強(qiáng)度顯著弱于層內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)特性使其奈爾序調(diào)控成為可能，但如何實(shí)現(xiàn)非破壞性的整體切換仍是行業(yè)難題。

實(shí)驗(yàn)過程中，研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多模態(tài)磁光顯微系統(tǒng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。該系統(tǒng)突破傳統(tǒng)技術(shù)局限，通過非線性光學(xué)二次諧波技術(shù)，成功捕捉到層間反鐵磁體在磁場(chǎng)下的微觀磁態(tài)變化。在材料CrPS4的觀測(cè)中，研究人員發(fā)現(xiàn)偶數(shù)層樣品的二次諧波信號(hào)呈現(xiàn)單一磁滯回線，證明其奈爾序可實(shí)現(xiàn)層間鎖定的整體切換，這與CrI3等材料表現(xiàn)的逐層翻轉(zhuǎn)模式形成鮮明對(duì)比。

理論團(tuán)隊(duì)通過微磁模擬揭示了兩種翻轉(zhuǎn)模式的形成機(jī)理。當(dāng)層間反鐵磁耦合強(qiáng)度超過磁各向異性設(shè)定的翻轉(zhuǎn)勢(shì)壘時(shí)，單層磁矩翻轉(zhuǎn)會(huì)觸發(fā)相鄰層的同步轉(zhuǎn)向，形成"牽一發(fā)而動(dòng)全身"的整體切換效應(yīng)；若層間耦合較弱，則各磁性層保持獨(dú)立翻轉(zhuǎn)行為。這一發(fā)現(xiàn)完善了經(jīng)典磁學(xué)理論框架，為區(qū)分不同類型反鐵磁體提供了量化判據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)提出的"斯通納-沃爾法思反鐵磁體"概念，將鐵磁性研究的經(jīng)典模型拓展至反鐵磁體系。該模型不僅解釋了層間鎖定型切換的物理機(jī)制，還證實(shí)了"層共享效應(yīng)"在二維反鐵磁材料中的普遍性。這種整體切換模式使反鐵磁材料具備"可讀可寫"特性，為開發(fā)低功耗、高密度磁存儲(chǔ)器件開辟了新路徑。

基于光學(xué)二次諧波的非線性磁光表征技術(shù)展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)對(duì)材料磁結(jié)構(gòu)對(duì)稱性高度敏感，且具有單原子層檢測(cè)靈敏度，有效克服了傳統(tǒng)方法在表征超薄磁性材料時(shí)的技術(shù)瓶頸。研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，成功排除了強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下法拉第效應(yīng)的干擾，確保了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

這項(xiàng)突破性成果標(biāo)志著反鐵磁材料研究從基礎(chǔ)探索邁向?qū)嶋H應(yīng)用的重要轉(zhuǎn)折。研究團(tuán)隊(duì)建立的拓展理論模型和非線性表征技術(shù)，不僅深化了對(duì)低維磁性體系的理解，更為自旋電子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域的新型器件研發(fā)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。隨著相關(guān)研究的深入，基于反鐵磁材料的新型存儲(chǔ)技術(shù)有望在信息技術(shù)領(lǐng)域引發(fā)變革。