近日，物理與電子工程學(xué)院碩士研究生陳靜妍以第一作者在《Nature Communications》上發(fā)表題為“Control of magnetic transitions via interlayer engineering in ferroelectric H2O–OH systems”的文章，發(fā)布了在二維鐵電體系磁性調(diào)控方面的最新研究成果。論文通訊作者為我校徐美玲副教授和李印威教授，吉林大學(xué)王彥超教授、中國科學(xué)院物理研究所馮寶杰教授。這是課題組繼在《Physical Review Letters》上發(fā)表該領(lǐng)域重要成果后的又一重要進(jìn)展。
陳靜妍是我校2023級凝聚態(tài)物理碩士研究生，2019年本科入學(xué)以來在本科生導(dǎo)師制的支持下，大一下學(xué)期進(jìn)入李印威教授課題組開展科研訓(xùn)練，本科期間以第一作者在《ACS Materials Letters》（影響因子：9.9）發(fā)表論文1篇，本科畢業(yè)后陳靜妍選擇留在課題組繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位，目前以第一作者已發(fā)表SCI論文共3篇。
研究成果簡述：
多鐵性材料是指在單相材料中同時(shí)具備兩種或兩種以上可切換序參量（如鐵磁性、鐵電性、鐵彈性等）的材料，因其在存儲與邏輯器件等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力而受到廣泛關(guān)注。然而，該領(lǐng)域仍面臨一個(gè)關(guān)鍵性挑戰(zhàn)：如何有效調(diào)控磁性相變？早在2020年，該團(tuán)隊(duì)首次在第一類二維多鐵材料中提出了通過電場調(diào)控磁相變的策略，揭示了電控磁性的獨(dú)特機(jī)制 [Phys. Rev. Lett. 124, 067602 (2020)]。然而，探索二維多鐵材料磁性調(diào)控新策略并揭示其新機(jī)制仍然是該領(lǐng)域的關(guān)鍵性科學(xué)問題。
基于電子配對的基本原理，該團(tuán)隊(duì)提出了一種通過層間堆疊或滑移調(diào)控磁性相變新策略。采用吉林大學(xué)馬琰銘院士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的CALYPSO晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)并結(jié)合第一性原理計(jì)算方法，預(yù)言了一種新型二維分子鐵電材料——水-羥基（H2O-OH）單層結(jié)構(gòu)。在該單層結(jié)構(gòu)中，鐵磁性起源于OH基團(tuán)2p成鍵軌道上的未配對電子。因此，通過調(diào)控層間結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)磁性的可逆切換：一方面，層間堆疊促進(jìn)H2O2分子形成，使未配對電子配對，從而誘導(dǎo)鐵磁性向非磁性轉(zhuǎn)變；另一方面，層間滑移抑制H2O2分子形成，恢復(fù)未配對電子，從而實(shí)現(xiàn)非磁性向鐵磁性轉(zhuǎn)變。此外，這一磁相變過程可被外加電場有效調(diào)控。重要的是，受該理論研究指導(dǎo)，中國科學(xué)院物理研究所馮寶杰教授等人采用低能電子輔助合成方法首次在Ag(111)表面合成了H2O–OH單層到多層結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)工作為二維鐵電材料中磁性的有效調(diào)控提供了全新思路，拓展了多鐵材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用的可能性。
▲層數(shù)依賴和堆疊調(diào)控的磁性相變及其機(jī)制
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科研項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60173-x
徐美玲副教授：2018年于吉林大學(xué)獲得博士學(xué)位，同年入職江蘇師范大學(xué)，主要從事新型功能材料設(shè)計(jì)和量子調(diào)控。以第一/通訊作者在Phys. Rev. Lett.、Nat. Commun.、Phys. Rev. B/Research、PRX Energy、Nano Energy等國際權(quán)威期刊累計(jì)發(fā)表SCI論文42篇；主持國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)、江蘇省高等學(xué)校面上項(xiàng)目1項(xiàng)、江蘇省青年科技人才托舉工程項(xiàng)目1項(xiàng)。
李印威教授：國家優(yōu)秀青年基金獲得者，入選江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”第二層次、“六大人才高峰”、“省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人”以及“青藍(lán)工程”優(yōu)秀青年骨干教師。主要從事高壓下凝聚態(tài)物質(zhì)新結(jié)構(gòu)和新效應(yīng)研究，主持國家級項(xiàng)目4項(xiàng)，在Nature、Nat. Commun、PRL、PNAS等國際權(quán)威期刊上發(fā)表SCI論文160余篇，被引8200余次，多篇入選ESI高被引論文；獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（排名第四）、中國新銳科技人物、江蘇省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、徐州市十大青年科技獎(jiǎng)等榮譽(yù)與獎(jiǎng)勵(lì)。
（一審：李印威，二審：吳向裕，三審：殷子鈺）