这项研究由复旦大学物理学系吴施伟教授和袁喆教授团队完成，2026年1月29日发表于《自然》杂志，论文题为《斯通纳-沃尔法思反铁磁体的铁磁型双稳态翻转》。 什么是"集体舞蹈"现象？ 研究团队在层间反铁磁材料硫化磷铬（CrPS₄）中发现，当施加外磁场时，材料内部的磁矩会像"集体翻牌"一样整齐划一地整体翻转，而不是各自为战。这种层间锁定型的整体翻转行为被形象地称为"集体舞蹈"。 关键发现：CrPS₄的偶数层样品在磁场下表现出单一的磁滞回线，表明其反铁磁奈尔序可以实现理想的层间锁定型调控路径，即所有磁性层同时发生整体性的双态切换。 为什么能实现"集体舞蹈"？ 研究团队揭示了决定磁翻转模式的关键因素：材料内部层间反铁磁耦合与磁各向异性之间的竞争。当层间耦合足够强大，足以克服磁各向异性设定的翻转势垒时，一层磁矩的翻转便会"牵一发而动全身"，迫使相邻层同步转向，实现层间锁定式的整体翻转。否则每层将"各自为战"，表现出逐层切换的层间自由型行为。 团队还提出了"层共享效应"：在实际样品中，局部区域的翻转会像推倒第一块多米诺骨牌一样，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。 技术突破：如何"看到"微观磁矩？ 传统实验方法难以表征仅原子级厚度、微米级横向尺寸的层状反铁磁材料。吴施伟教授团队基于多年技术积淀，设计并成功研制了具有自主知识产权的无液氦多模态磁光显微系统，结合非线性光学二次谐波技术，首次直接"看"到材料内部磁矩翻转的微观过程。 理论创新：Stoner-Wohlfarth反铁磁模型 袁喆教授团队创新性地将经典的Stoner-Wohlfarth铁磁模型推广到反铁磁世界，提出了Stoner-Wohlfarth反铁磁模型，并推导出反铁磁的"特征交换尺寸"作为两类行为的判据。这一简洁而深刻的判据不仅完美解释了现有实验，更为未来按需设计与搜寻具有理想翻转特性的反铁磁材料提供了理论指引。 应用前景：从"有趣而无用"到"可读可写" 这项研究推动反铁磁材料研究迈出从"有趣而无用"到"可读可写"的关键一步。反铁磁材料理论上比现在常用的铁磁材料翻转更快、更省电，有望用于制造性能更强的存储和运算芯片。 具体应用方向： - 新一代存储器：反铁磁材料的磁态（奈尔序）可表示为二进制比特位，有助于开发更高密度、更快运行速度的磁性存储器 - 低功耗芯片：具备快速、确定以及低能耗的磁翻转特性，为研发超低功耗、高运算速度的存储和计算芯片提供新路径 - 自旋电子学：低维磁性集成能力为未来自旋电子学和光电子学开拓新路径 举例说明 硬盘存储原理对比： - 传统铁磁硬盘：利用铁磁材料作为存储单元，磁化方向"上"代表"0"，"下"代表"1" - 反铁磁存储：同样利用磁态（奈尔序）表示二进制位，但具有更高密度和更快速度 实际应用场景： - 未来基于反铁磁材料的新型存储器，可实现更快的读写速度（如纳秒级）和更低的功耗 - 在AI计算、大数据处理等场景中，反铁磁存储芯片可显著提升运算效率 - 在移动设备中，反铁磁芯片可延长电池续航时间 这项研究不仅加深了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指引。AI生成，（工具：夸克，腾讯元宝）配图是AI生成的，（工具：混元）