新机制揭示复杂应变对柔性磁性薄膜的调控路径
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新机制揭示复杂应变对柔性磁性薄膜的调控路径
柔性磁传感器因其兼具可变形的柔性电子特性与非接触、矢量探测功能，成为当前研究的热点方向。然而，由于在制备及使用过程中会产生多种形式的应变，这往往会影响器件的稳定性与性能。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所的科研团队，近年来通过系统研究柔性磁性薄膜的应变调控机制，取得了多项突破。他们曾利用衬底弯曲、机械拉伸及各向异性热膨胀等手段，精确控制柔性铁磁薄膜中的均匀应变，揭示了应变对磁各向异性的影响规律，并发展出多场耦合生长和界面调制等创新方法，从而显著提升了柔性磁性薄膜在应变环境下的性能稳定性。
在最新研究中，该团队进一步探索复杂应变对磁性薄膜的调控机制。他们以具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜为对象，采用预拉伸弹性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，在应变释放后构建出微褶皱结构，从而引入非均匀应变分布。
磁力显微镜观察表明，在不同外加磁场条件下，斯格明子的密度与尺寸呈现出显著的空间非均匀性。特别是在褶皱波峰两侧，其分布呈现不对称特征：在负应变梯度区域，斯格明子更易于稳定存在，密度更高且尺寸更大；而在正应变梯度区域，则表现出相反的特征。借助面内应变梯度，斯格明子密度可在1 μm-2至13 μm-2之间实现连续调节，尺寸范围覆盖85 nm至133 nm，调控效果明显优于均匀应变。
进一步的微磁学模拟表明，这种效应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间的相互作用。该调控机制展现出良好的可逆性与循环稳定性，经过多次拉伸—释放循环后仍能维持稳定的性能，并有望扩展至其他类型的铁磁多层膜体系。
该研究不仅为理解复杂应变对磁性敏感材料的影响机制提供了重要理论支持，也为设计具备高应变稳定性的柔性磁传感器提供了新的技术路径。
相关成果已发表于国际期刊《先进材料》（Advanced Materials）。研究工作获得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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