咱们国家的科学家在低维反铁磁材料这块儿取得了特别大的突破，直接给下一代的信息器件铺好了路。就在北京时间1月29日，国际上的权威刊物《自然》在线发表了一篇论文，题目是《斯通纳-沃尔法思反铁磁体的铁磁型双稳态翻转》。这篇文章主要是复旦大学物理学系干出来的，吴施伟教授带着实验团队，还有理论物理与信息科学交叉中心的袁喆教授带着理论团队一起搞出来的。这意味着咱们国家在低维磁性物理和前沿材料研究上真的走在了前头。 磁材料可是现代信息技术的底子。现在用的硬盘和随机存储器，核心都是靠铁磁材料。铁磁体有个好处，就是能被外磁场确定性地翻转方向，用来表示“0”和“1”。不过，现在的芯片做得越来越小，集成度越来越高，铁磁材料本身的磁偶极相互作用容易出岔子，造成信息串扰。再加上翻转速度和能耗也快到了极限，这就很让人头疼。反铁磁材料就不一样了，它里面的原子磁矩是反着排列的，净磁化几乎为零，抗干扰能力强、速度快、密度还能更高，被大家看成是造下一代高性能、低功耗芯片的好苗子。 但把这潜力变成现实太难了。主要有两个坎儿：一个是怎么像操控铁磁体那样，把反铁磁材料内部的磁序给“写”进去；另一个是怎么灵敏地“读”出来，尤其是在只有几个原子层厚的低维材料里。为了过这两个坎儿，复旦大学的团队花了好几年功夫，终于在实验方法和理论模型上都搞出了原创的突破。 吴施伟教授的团队做了个国际领先的无液氦多模态磁光显微系统。他们把SHG（二次谐波）技术用上了，这个技术对空间反演对称性破缺特别敏感，特别适合看那些超薄的二维材料。之前他们就在三碘化铬（CrI3）上有过发现。这次他们用这台系统去研究另一种层状反铁磁材料——硒硫化铬（CrPS4）。结果挺有意思的：在偶数层的CrPS4样品里，二次谐波信号的强度随外磁场变化，出现了清晰的磁滞回线。这种回线跟铁磁体的行为很像，说明CrPS4的奈尔序能作为一个整体在外磁场下翻转，也就是所有磁性层的磁矩同步反向。这就好比让所有磁矩一起跳集体舞。 可为啥CrI3表现得那么复杂呢？袁喆教授的理论团队解释了这个问题。他们通过微磁学模拟发现，关键在于层间耦合强度和每层自身的磁各向异性这两种力谁更强。如果层间耦合强到能克服单层的翻转能垒，那一层动了其他层也会跟着动，就是“层间锁定”。如果耦合弱一点，各层就会各自为战，变成非同步的逐层翻转。 为了更好地描述这种现象，研究团队把经典的Stoner-Wohlfarth模型给拓展了一下。这个模型本来是用来算铁磁颗粒的相干翻转的。他们把这个思想用到了反铁磁体系里，建了个新框架。这下就能定量判断什么时候是“锁定”模式，什么时候是“自由”模式了。 这次研究不光是实验上第一次实现了对低维反铁磁体的操控和读出，还把理论模型完善了。它让反铁磁材料的研究从单纯好看变成了真的能用的东西。这是从“0到1”的原始创新，体现了基础研究的战略价值。咱们国家在后摩尔时代的新型芯片竞赛里抢到了先机，为造更快更省电的芯片打下了基础。这也说明咱们科研人员在解决关键技术问题上的决心和实力。