反铁磁材料有望实现信息读写，突破“有趣但无用”困境

6月29日，记者从复旦大学获悉，该校物理学团队运用自主研发的多模态磁光显微技术，首次发现一类低维反铁磁结构在外磁场作用下可以整体地如铁磁体一般实现明确的双稳态切换。同时，该团队完善了传统磁学理论，用以阐释背后的物理机制。这项工作揭示了低维层间反铁磁材料磁化翻转的新因素和独特现象，为反铁磁材料研究带来了从“难以应用”到“可控可用”的重大跃迁，也为研发新一代高效低能耗计算芯片提出了全新方案。相关成果已于29日发表在国际顶级期刊《自然》上。

铁磁体中，磁性方向往往高度一致，因而便于外磁场调控，在常见的机械硬盘等磁存储设备中广泛应用。然而，反铁磁材料由于内部磁性相互抵消、表现为难以被操控的特性，这使它们长期作为辅助材料，仅在铁磁体身边扮演“配角”。

事实上，反铁磁材料具备构建更高密度、运行速度更快的磁存储器的潜力，但需要达成一个关键条件，即在维持反铁磁性质的同时，让所有磁性层能够协同地完成双稳态整体切换。

复旦大学物理系吴施伟团队凭借多年技术积累，设计并开发了具有自主知识产权、无液氦的多模态磁光显微系统，结合非线性光学二次谐波方法，发现层间反铁磁体CrPS4（硫代磷酸铬）的磁性可被外磁场协同翻转，并首次记录下这舆情网种“集体效应”的独特景象。

复旦大学理论物理与信息科学交叉研究中心袁喆团队为上述实验结果搭建了理论模型。他们通过微磁模拟精准还原了两种磁性切换过程，并创新性地提出了Stoner-Wohlfarth反铁磁模型，推导出反铁磁“特征交换尺寸”作为区分磁切换行为的理论判据，不仅解释了全部实验情况，也为未来定向开发、精准筛选具有理想磁化性质的反铁磁材料提供了理论依据。

这项新成果为反铁磁材料基础研究及工程应用打开了新局面，为低维磁性材料未来在自旋电子学和光电子技术领域的集成应用提供了广阔空间。