科学家揭示柔性磁性薄膜在复杂应变下的调控机制

知语 20260315

  • 柔性磁传感器

科学家揭示柔性磁性薄膜在复杂应变下的调控机制

近年来，柔性磁传感器因其结合了柔性电子器件的可变形特性与磁传感器的非接触、矢量探测能力，成为研究热点。然而，此类传感器在制备与使用过程中易受到多种应变影响，导致性能波动。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队，近年来围绕柔性磁性薄膜的应变调控开展系统研究。通过应用衬底弯曲、机械拉伸及各向异性热膨胀等手段，团队首次实现了对柔性磁性薄膜中均匀应变的精确控制，揭示了应变对铁磁薄膜及交换偏置异质结磁各向异性的调控规律。同时，团队还发展了多场耦合生长与界面调控策略，显著提高了磁性薄膜在应变条件下的稳定性。

最近，该研究进一步拓展至非均匀应变对柔性磁性薄膜的影响机制。研究人员以具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜为模型材料，采用预拉伸处理的弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底，并结合磁控溅射工艺，利用薄膜与衬底之间模量差异，在应变释放后形成具有微褶皱结构的Pt/Co/Ta薄膜，从而引入非均匀应变分布。

通过磁力显微镜（MFM）观察发现，在不同磁场作用下，磁斯格明子的密度和尺寸呈现出明显的空间非均匀性，并在褶皱波峰两侧表现出不对称分布。具体而言，在负应变梯度区域，斯格明子更易稳定存在，其密度更高、尺寸更大；而在正应变梯度区域则呈现相反趋势。利用面内应变梯度，斯格明子密度可在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，调控效果明显优于均匀应变作用。

微磁学模拟结果表明，该现象源于应变梯度打破了局部反演对称性，从而有效调控了界面相互作用。该调控机制具备优异的可逆性与循环稳定性，经过多次拉伸—释放循环后仍可维持性能，且可推广至其他类型的铁磁多层膜体系。

该研究为深入理解复杂应变对磁敏材料性能的影响机制提供了理论支持，也为设计具有更高应变稳定性的柔性磁传感器提供了新路径。

相关研究成果已发表于《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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