突破柔性磁性材料应变调控机制，为高性能磁传感器奠定基础
传感学人
突破柔性磁性材料应变调控机制，为高性能磁传感器奠定基础
柔性磁传感器因其兼具可变形特性和非接触、矢量探测能力，被视为下一代传感技术的重要方向。然而，其在制备和使用过程中所经历的各种应变，往往影响磁性能的稳定性，成为制约其发展的关键瓶颈。
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在柔性磁性薄膜领域取得重要进展。通过多种应变控制方法，包括衬底弯曲、机械拉伸及各向异性热膨胀等，团队实现了对柔性铁磁薄膜和交换偏置异质结磁各向异性的系统调控，并发展了多场耦合生长与界面调制策略，显著提升了磁性薄膜在应变条件下的性能稳定性。近期，该团队将研究进一步拓展至复杂应变环境下磁性薄膜的调控机制。
研究人员以具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜为研究对象，采用预拉伸的弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底，结合磁控溅射技术，利用薄膜与衬底之间模量差异，在应变释放后构建了具有微褶皱结构的Pt/Co/Ta薄膜，并引入非均匀应变分布。磁力显微镜（MFM）观测发现，斯格明子的密度和尺寸在不同磁场下表现出空间非均匀性。特别是在褶皱波峰的两侧，其分布呈现不对称特性：负应变梯度区域更有利于斯格明子的稳定存在，密度更高，尺寸更大；而在正应变梯度区域则呈现出相反趋势。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之间连续调控，尺寸调节范围达到85 nm至133 nm，调控效果远优于均匀应变。
微磁学模拟进一步揭示了该现象的物理机制——应变梯度通过打破局部反演对称性，显著调制了界面交换耦合效应。这种调控方式表现出良好的可逆性与循环稳定性，即使在多次拉伸—释放循环后依然保持良好性能，并且适用于其他铁磁多层膜体系。
该研究不仅深化了对复杂应变环境下磁性材料行为的理解，也为设计具备优异应变稳定性的柔性磁传感器提供了新的技术路径。
相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊。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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