研究揭示柔性磁性薄膜在复杂应变下的调控机制
好奇博士
研究揭示柔性磁性薄膜在复杂应变下的调控机制
柔性磁传感器融合了柔性电子系统的可变形特性与磁传感器的非接触式探测及矢量感知能力，但在实际制造和使用过程中，由于应变影响，器件稳定性常面临挑战。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队此前已通过多种方式，如衬底弯曲、机械拉伸及各向异性热膨胀等，实现了对柔性磁性薄膜中均匀应变的精确控制。他们深入探讨了应变对柔性铁磁薄膜及交换偏置异质结磁各向异性的影响机制，并发展出多场耦合生长与界面调制等方法，有效提升了柔性磁性薄膜在应变条件下的性能稳定性。最新研究进一步拓展了对复杂应变调控机制的理解。
研究人员选取具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜作为研究对象，采用预拉伸处理的弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底，并结合磁控溅射技术，利用薄膜与衬底之间的模量差异，在预应变释放后诱导出Pt/Co/Ta薄膜的微褶皱结构，从而引入非均匀应变分布。磁力显微镜（MFM）观测表明，不同磁场条件下，斯格明子在空间上呈现出非均匀分布。具体而言，在褶皱波峰两侧，斯格明子的密度和尺寸表现出显著不对称特征：在负应变梯度区域，斯格明子更易稳定存在，且密度更高、尺寸更大；而在正应变梯度区域则呈现相反趋势。
进一步研究显示，面内应变梯度可使斯格明子密度在1 μm-2至13 μm-2范围内连续调节，尺寸变化范围达85 nm至133 nm，调控效果优于传统均匀应变方式。微磁学模拟揭示，这种调控机制源于应变梯度破坏了局部反演对称性，进而有效调控了界面处的磁相互作用。
该调控方式展现出良好的可逆性和循环稳定性，经过多次拉伸—释放循环后仍能保持稳定性能，且有望推广至其他类型的铁磁多层膜体系。
这项研究不仅为深入理解复杂应变对磁敏感材料性能的调控机制提供了理论基础，也为开发具有高应变稳定性的柔性磁传感器开辟了新的设计路径。
研究成果已发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊。本研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。
褶皱Pt/Co/Ta多层膜的制备、形貌、磁性表征与应变分布
磁斯格明子密度、尺寸的不对称分布与可逆性调控
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