多铁性材料因同时具备铁电、铁磁、铁弹等多重有序性，是实现下一代低功耗光电器件、磁电存储器的核心候选材料。铁酸铋（BiFeO3，BFO）作为典型的单相多铁材料，室温下具有高饱和极化（>100 μC/cm2）、合适的可见光带隙（~2.7 eV）、优异的磁电耦合特性及铁弹特性。研究表明，BFO薄膜的光电、磁电等物理性能显著依赖于铁弹畴结构。有效调控BFO薄膜中的铁弹畴状态（如畴壁取向/宽度和畴密度），为调控材料的物理性能和开发定制化功能器件提供了一种有前景的“微结构工程”策略。然而，由于缺乏有效的加载方法，目前难以在BFO薄膜中实现铁弹畴结构从条纹态到单畴态的可控转变。此外，传统通过电场或化学方法调控BFO畴结构的策略存在明显局限：电场调控易引入电荷注入干扰，化学方法依赖表面改性且难以实现纳米尺度精准控制，限制了微结构工程策略调控BFO薄膜物理性能和开发定制化功能器件的潜力。 近日，中山大学材料学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室陈伟津教授课题组，结合扫描探针显微镜（SPM）实验与相场模拟，证实纳米压痕可以作为一种有效的力学手段操控BFO薄膜铁弹畴状态和光电响应，为多铁材料的畴工程与功能调控开辟新路径。研究发现，在具有原始71°铁弹条纹畴的BFO薄膜上施加纳米压痕，可以触发畴结构从高密度条纹畴向单畴的翻转。由于压痕引入的局域剪切应变场具有四极对称性，压痕周围会形成独特的、与压头取向无关的稳定“风车状”单畴图案（图1）。该图案的尺寸取决于加载力大小，展现出良好的可调性。尤为重要的是，这种力学畴翻转直接改写了材料的光电响应。实验表明，条纹畴区域（富含畴壁）具有较高的局域光电流，而压痕形成的单畴区域（无畴壁）光电流显著降低，两者之间的开关比超过一个数量级（图2）。这意味着，仅通过纳米压痕这一非电学手段，就能实现光电信号的“开”与“关”，为揭示畴结构调控光电性能的内在机制提供新思路。图1. 纳米压痕诱导的“风车状”单畴图案。a, 纳米压痕加载示意图。b, 压痕作用下薄膜中剪切应变分布。c, 压痕前薄膜条纹畴结构。d, “风车状”单畴区域随着压痕载荷的增加从压痕点向外逐渐扩张。图2. 纳米压痕对BFO薄膜局部光响应的调制。 a-d, 在11 mN压痕点附近不同激光功率下的光电流分布图。e, 压痕前后光电流分布曲线。f, 不同激光功率光电流分布曲线。g, 5×5μm2范围内平均光电流与激光功率的关系。h, 压痕前后不同畴结构区域的平均光伏电流与激光功率的关系。i, 不同激光功率下光电流的开关比。j-k, 力门控畴壁光电晶体管示意图。 更进一步，研究团队展示了该技术的图案化加工潜力。通过设计4×4的纳米压痕阵列，成功在BFO薄膜中制备出网格状畴结构，将原本均匀的条纹畴分割成被光电流低的单畴带隔离开的、具有高光电流特性的“孤立岛屿”，实现光电性能的空间调制（图3）。稳定性测试表明，这些力学诱导的畴图案在室温环境下可稳定保持两个月以上。这种按需定制的复杂畴图案，展示了利用纳米压痕技术直接“力学光刻”器件功能单元的可行性，为微纳光电器件（如力控光电开关、图案化光电探测器）的制造提供新型的力学加工技术。图3. 利用纳米压痕阵列实现畴结构与光电性能的图案化。a, 4×4压痕阵列的形貌图。b, 对应的面内PFM相位图，每个压痕点周围形成风车状单畴，相互连接构成网格。c, 光电流分布图，高光电流被限制在网格包围的“岛屿”内。d, 纳米压痕对BFO薄膜的机械图案化效果示意图。 该成果以“Photovoltaic switches with mechanical knobs: Reconfigurable ferroelastic domain engineering in BiFeO3 thin films via nanoindentation”为题，发表在国际知名期刊《Acta Materialia》上。中山大学为该成果的第一署名单位，材料学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室陈伟津教授与物理学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室郑跃教授为论文共同通讯作者，材料学院博士后吴梦君为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、广东省磁电物性基础学科研究中心以及光电材料与技术国家重点实验室的大力支持。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121826

二维范德瓦尔斯（vdW）材料因其层状结构和多层次可调控的物理性质，在纳米器件和多功能传感器领域展现出巨大潜力。其中，硫代磷酸盐家族（MPX3）中的CuCrP2S6（CCPS）作为一种典型的二维vdW材料，因在低温下同时表现出I型多铁的本征反铁电（AFE）、层内铁磁（FM）层间反铁磁（A-typeAFM）有序，和II型多铁性等磁电耦合特征而具有很大的应用潜力，受到广泛关注。有效调控CCPS的铁性序（包括反铁电和反铁磁序），探索增强磁电耦合效应的手段，是一个重要的研究课题。中山大学物理学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室刘新智副教授课题组尝试利用价态相同、离子半径有较小差异、且自旋量子数不同的V³⁺（S=1）替代Cr³⁺（S=3/2），在保持Cu1+与Cr/V3+位置的电荷有序的前提下，通过离子半径和自旋变化对其铁电/反铁电、铁磁/反铁磁序进行调控，为探索新型多铁性材料的设计路径，为低能耗自旋电子学器件提供理论依据和实验基础。课题组硕士研究生罗沛填及合作者采用化学气相传输法成功生长了高质量的CuCr1-xVxP2S6（x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1）单晶样品，并通过X射线衍射、磁性测量和介电表征系统研究了V掺杂对CuCr1-xVxP2S6磁性和电学性质的影响。通过实验与理论计算相结合，系统阐明了V掺杂对CCPS磁电性质的调控机制。研究发现随着V掺杂浓度增加，CuCr1-xVxP2S6的A型反铁磁序被逐渐抑制，表现为奈尔温度与饱和磁场的显著降低，并最终在CuVP₂S₆中呈现出准二维海森堡铁磁行为(图1)。同时，磁各向异性明显减弱，这是磁有序温度下降的重要原因，符合Wagner-Mermin定理，为二维海森堡磁体研究提供了一个典型系统。图1(a) CuCr₁₋ₓVₓP₂S₆单晶在平行和垂直于c*轴方向施加1 kOe磁场下测得的零场冷磁化率。(b) 磁化率倒数随温度变化的居里-外斯拟合结果。(c) 从居里-外斯拟合中提取的奈尔温度TN、居里-外斯温度θcw，以及(d) 有效磁矩μeff和从等温磁化曲线得到的饱和磁矩μsat随CuCr₁₋ₓVₓP₂S6组分x的变化关系。 在铁电性方面，V掺杂最终完全抑制了CCPS在150K的反铁电长程有序，使其保持顺电的C2/c结构。但在低温下，V掺杂诱发了一系列源自反铁电极性团簇涨落的介电弛豫现象。最为重要的是，反铁电极性团簇涨落与铁磁序存在强烈的耦合，在掺杂样品中观察到在饱和磁场附近出现的、近乎各向同性的显著磁介电响应（magnetodielectric effect）(图2)。基于对称性的自由能唯象分析揭示，虽然掺杂导致晶体对称性提升后，原有的线性磁电耦合项被禁止，但铁磁序参量M、反铁磁序参量A与极化P之间的（二阶及以上）高阶耦合项仍然存在，这是磁介电效应产生的基础。基于磁电物性的测量，作者建立了该体系在不同温度和成分下的相图(图3)。该工作阐明了通过化学掺杂调控增强二维材料中铁性序参量耦合的有效路径，为设计新型多铁性器件提供了重要指导。图2 (a)-(b) CuCrP₂S₆在100 kHz频率下、磁场H平行/垂直于c轴时的归一化磁介电谱。​(c)-(d) CuCr₁₋ₓVₓP₂S₆（x=0.25–1）在100 kHz频率下、磁场H平行/垂直于c轴时的归一化磁介电谱。图3 CuCr₁₋ₓVₓP₂S₆的组分-温度下结构与磁电物态相图。该成果以“Magnetism and magnetoelectric coupling in the van der Waals antiferromagnetCuCr₁₋ₓVₓP₂S₆”为题发表于国际物理学期刊《Physical Review B》。该工作由中山大学独立完成，物理学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室的硕士研究生罗沛填为论文第一作者，刘新智副教授与郑跃教授​为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省磁电物性基础学科研究中心以及广东省磁电物性分析与器件重点实验室的大力支持。原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.224408

斯格明子（Skyrmion）源自英国物理学家托尼·斯格明（Tony Skyrme）在1962年为研究强子稳定性而提出的一种拓扑构型。此后，人们将具有相同拓扑特征的矢量场结构统称为“斯格明子”。自2009年在磁性材料中被首次实验证实以来，磁斯格明子凭借纳米级的极小尺寸和独特的涌现物理特性，在新型电子器件领域迅速崭露头角。长期以来，磁斯格明子的几何构型变化（即形变）一直未受到足够关注。近年来，越来越多的研究表明，磁斯格明子即便在微小的外部加载下也会发生显著形变，显示出令人意外的“柔性”。这种形变引发了诸多新现象：如远超理论预测的有效质量、速度与外加载之间的非线性关系、以及变化的斯格明子霍尔角等。理论与实验的最新进展正日益聚焦于磁斯格明子形变与其动力学之间的耦合效应。图1. 斯格明子形变与动力学的耦合行为 近日，广东省磁电物性分析与器件重点实验室陈伟津教授课题组应英国物理学会邀请，在《物理学进展报告》（Reports on Progress in Physics）上撰写题为“Dynamics of magnetic skyrmions under steady and time-varying deformation”的综述文章，系统综述了磁斯格明子在静态与动态形变下的动力学特性，揭示了其通过“形变工程”（deformation engineering）实现器件功能优化与新型器件应用的巨大潜力。作者分析了磁斯格明子三种形变模式（包括径向伸缩、轮廓变形及螺旋度改变）的发生原因，随后阐述了研究磁斯格明子形变动力学的理论与实验方法，进而讨论了形变对磁斯格明子动力学特性的影响规律（如图1所示），最后总结了磁斯格明子形变动力学的器件应用前景。 该综述也指出了当前磁斯格明子形变研究中面临的挑战：1. 表征困难。斯格明子形变涉及大量自旋的集体演化，实验难以同步分辨整体与细节，理论难以从海量自由度中凝练的可观测量，亟需发展新实验与理论方法。2. 机理不清。在电/磁/力等多物理场驱动下，磁斯格明子形变呈多模式、强非线性与路径依赖特性，其形变机理尚待澄清。3. 现象未知。在多斯格明子协同体系中，形变相互耦合涌现出新的集体行为，其物性响应与调控规律尚缺系统刻画，相关现象仍需探索。针对上述挑战，该综述梳理并阐明了“微结构涌现力学”的核心思路: 将大量微观组分（如自旋、极化）的协同演化过程提取为少数集体运动模式，归纳其广义坐标和广义力的约束关系。使得微观层面的规律未显式包含力学因素和规律, 也会在更高层级自发涌现出新的力学定律。涌现力学为磁电微结构在多场耦合下的复杂演化动力学提供了有效的分析框架。 正如作者在综述中强调：“斯格明子的形变是挑战，更是机遇。通过形变工程，我们不仅能优化现有器件性能，更能创造出基于拓扑磁动力学的全新功能器件。”对磁斯格明子形变动力学问题开展深入研究，有望为自旋电子器件调控与设计注入全新思路。 综述于近日发表在国际物理期刊《Reports on Progress in Physics》上。该期刊是国际物理学最具影响力的综述期刊之一，仅面向各领域卓有建树的学者约稿。本文亦为拓扑磁结构方向在该刊发表的首篇综述。该工作由中山大学独立完成，物理学院郑跃教授、材料学院陈伟津教授为论文通讯作者，物理学院博士后刘林杰为第一作者。材料学院博士后孙菲、物理学院博士生任建华参与了该工作的撰写。该研究工作得到了国家自然科学基金委、广东省磁电物性基础学科研究中心、广东省磁电物性分析与器件重点实验室以及光电材料与技术国家重点实验室的大力支持。论文链接： https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/adf8fe/meta