新型研究揭示柔性磁性材料中的应变调控新机制
传感器观察
新型研究揭示柔性磁性材料中的应变调控新机制
柔性磁性传感器融合了柔性电子器件的可变形特性与磁传感器的非接触、矢量探测优势，然而，器件在制造与应用过程中因应变引入的不稳定性问题一直制约其性能优化。
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调控柔性磁性薄膜中应变的方法，包括衬底弯曲、机械拉伸以及各向异性热膨胀等手段。这些方法实现了对柔性铁磁薄膜和交换偏置异质结磁各向异性的可控调节。团队还发展了多场耦合生长与界面调制策略，提升了柔性磁性薄膜在应变条件下的稳定性。近期，该团队进一步拓展研究，聚焦复杂应变对柔性磁性材料的调控机制。
在最新研究中，研究人员选用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）作为衬底，并结合磁控溅射技术，在释放预应变后于薄膜中构建了微褶皱结构，从而引入非均匀应变分布。磁力显微镜观测结果显示，在不同磁场条件下，斯格明子的密度与尺寸表现出显著的空间非均匀性，且在褶皱波峰两侧呈现不对称分布：在负应变梯度区域，斯格明子密度更高、尺寸更大，稳定性更佳；而在正应变梯度区域则呈现出相反的趋势。通过引入面内应变梯度，斯格明子密度可在1 μm-2至13 μm-2范围内连续调控，尺寸变化范围可达85 nm至133 nm，调控效果优于传统的均匀应变方式。
微磁学模拟进一步表明，这种调控机制源于应变梯度打破了局部的反演对称性，从而有效调制了界面相互作用。该调控策略展现出良好的可逆性和循环稳定性，即便在多次拉伸—释放循环后，仍能维持稳定的磁性能表现，且可拓展至其他铁磁多层膜体系。
该研究不仅为深入理解复杂应变对磁敏材料的调控机制提供了理论基础，也为开发具有优异应变稳定性的柔性磁性传感器提供了全新思路。
相关成果已发表于材料科学领域权威期刊《Advanced Materials》，研究工作获得了国家自然科学基金的资助。
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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