新研究揭示复杂应变对柔性磁性薄膜的调控机制
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新研究揭示复杂应变对柔性磁性薄膜的调控机制
柔性磁传感器融合了柔性电子器件的可变形特性与磁传感技术的非接触、矢量探测能力，但其在制备和实际应用过程中，受到多种应变因素的干扰，影响设备性能的稳定性。
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手段，包括通过衬底弯曲、机械拉伸以及各向异性热膨胀等方法，实现对柔性磁性薄膜中均匀应变的定量控制。研究揭示了应变对柔性铁磁薄膜和交换偏置异质结磁各向异性的影响机制，并通过多场耦合生长和界面调控等技术路径，提升了磁性薄膜在应变下的性能稳定性。在此基础上，研究团队将研究进一步扩展至复杂应变条件下的柔性磁性薄膜行为。
此次研究中，团队选用具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜作为实验对象，通过在预拉伸状态下使用弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底，并结合磁控溅射技术，借助薄膜与衬底之间模量差异，成功在应变释放后形成微褶皱结构，从而在薄膜中引入非均匀应变分布。
磁力显微镜（MFM）观测结果表明，在不同磁场条件下，斯格明子的密度和尺寸呈现出空间非均匀性，并在褶皱波峰两侧表现出明显的不对称分布。具体而言，在负应变梯度区域，斯格明子更易稳定存在，且密度更高、尺寸更大；而在正应变梯度区域则表现出相反趋势。通过控制面内应变梯度，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，其调控效果显著优于传统均匀应变方式。
微磁学仿真进一步表明，这一现象的出现主要源于应变梯度破坏了局部的反演对称性，从而有效调节了界面处的磁相互作用。这种应变调控机制表现出良好的可逆性与循环稳定性，即便在经历多次拉伸—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。
这项研究为深入理解复杂应变对磁敏材料的影响机制提供了理论支撑，也为设计具有更高应变稳定性的柔性磁传感器开辟了新路径。
相关研究成果已在国际权威期刊《先进材料》（Advanced Materials）上发表，研究工作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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