新研究揭示柔性金属薄膜中磁性调控的复杂机制
传感器观察
新研究揭示柔性金属薄膜中磁性调控的复杂机制
柔性磁传感器凭借其可变形性和非接触、矢量探测的优势，正成为柔性电子领域的重要研究方向。然而，实际制备与使用过程中，因外部或内部应变引发的结构变化，常对器件性能的稳定性造成不利影响。
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探索出多种控制柔性磁性薄膜中均匀应变的方法，包括衬底弯曲、机械拉伸及各向异性热膨胀调控等。这些研究不仅揭示了应变对柔性铁磁薄膜和交换偏置异质结中磁各向异性的影响机制，还通过多场耦合生长和界面调制策略，显著提升了柔性薄膜在应变环境下的磁性能稳定性。最近，该团队进一步拓展了研究边界，深入探讨了复杂应变如何调控柔性磁性薄膜的磁学行为。
研究人员以具有磁斯格明子（Skyrmion）结构的Pt/Co/Ta多层膜为模型体系，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模量差异，在释放预应变后形成微褶皱结构，从而引入非均匀应变分布。通过磁力显微镜（MFM）观测发现，不同磁场条件下，斯格明子的密度与尺寸在空间上表现出非均匀特性，且在褶皱波峰两侧呈现不对称分布趋势：在负应变梯度区域，斯格明子的稳定性更高，密度更大、尺寸也更显著；而在正应变梯度区域则表现出相反特征。通过调控面内应变梯度，斯格明子密度可在1 μm-2至13 μm-2之间连续变化，尺寸调控范围达85 nm至133 nm，调控效果明显优于均匀应变。
通过微磁学模拟进一步分析发现，这种调控机制源于应变梯度破坏了局域反演对称性，从而有效改变了界面交换耦合等相互作用。该调控方式表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，并有望扩展至其他类型的铁磁多层膜系统。
这项研究不仅为理解复杂应变如何影响磁敏材料的性能提供了理论基础，也为开发具有高应变稳定性的柔性磁传感器提供了新的设计思路。
相关研究成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊。该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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