我国科学家首次让低维反铁磁材料跳起“集体舞”

1月29日，国际顶级学术期刊《自然》发布了一项复旦大学物理学研究团队题为《斯通纳-沃尔法思反铁磁体的铁磁型双稳态翻转》的研究成果。该研究成果首次发现一类特殊的低维反铁磁材料能在磁场作用下整齐划一地整体翻转，研究人员形象地称之为“集体舞蹈”。

这项突破让一种“有潜力但难用”的材料变得“可读可写”。反铁磁材料理论上比现在常用的铁磁翻转更快、更省电，有望用于制造性能更强的存储和运算芯片。过去科学家很难精确控制和探测它的内部状态，此次团队利用自主研发的高清晰观测技术，首次直接“看”到了一种材料能像整体翻牌一样，在两种稳定状态间可靠切换。

为什么能实现这种“集体舞”？研究团队从经典理论中找到灵感并加以完善。他们发现，关键在于材料内部两种“力”的较量：一种是让上下层磁矩反着排的“耦合作用”，另一种是让磁矩保持固定方向的“各向异性”。当耦合作用足够强，一层翻转就会牵动所有层一起转，形成整体舞动；否则就会各转各的。

研究还揭示了一个有趣的“多米诺骨牌”效应：在实际样品中，局部区域的翻转会像推倒第一块骨牌一样，通过材料内部紧密的联系，一层接一层地传递下去，最终完成整体状态的同步改变。

这项工作不仅加深了科学界对磁性材料基本规律的理解，其建立的新理论和新方法也为未来设计和寻找适合用于低功耗、高速度芯片的新型材料提供了清晰的指引。该研究由复旦大学领衔的科研团队合作完成，并得到了国家重点研发计划等项目的支持。

（总台记者 王殿甲）