在国家自然科学基金项目（批准号：12034003、12427807、12574115、12250002、1235000130等）等资助下，复旦大学吴施伟教授、袁喆教授及其合作者，在低维反铁磁材料的磁序调控研究中取得进展。研究团队在二维范德华层间反铁磁体中首次观测到磁场驱动的确定性双稳态整体翻转，并阐明了其背后的深层物理机制。相关成果于2026年1月29日以“斯通纳‑沃尔法思反铁磁体的铁磁型双稳态翻转（Ferromagnet-like binary switching of a Stoner-Wohlfarth antiferromagnet）”为题发表在《自然》（Nature）杂志上，论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-10019-9。

　　反铁磁材料内部磁矩宏观上相互抵消，具有抗干扰强、响应速度快等优异特性，被认为是构建下一代高频、高密度自旋电子器件的理想载体。然而，如何实现反铁磁序（奈尔序）的可靠探测与精准调控，一直是制约其器件化应用的核心瓶颈。近年来，二维范德华层间反铁磁体（A-型）备受关注，研究团队也曾在诸如CrI₃、CrSBr等典型材料中观测到了层间反铁磁态的磁场调控响应。但这类材料中，磁场诱导的翻转往往呈现逐层演化的中间态，破坏了反铁磁序的完整性。因此，寻找并实现奈尔序的整体确定性翻转，是自旋电子学领域亟待解决的重要科学问题。

　　针对这一挑战问题，研究团队聚焦于层状反铁磁材料四硫化铬磷（CrPS₄）。由于偶数层样品的净磁化强度为零，传统磁学探测手段难以奏效。团队依托自主研制的多模态磁光显微系统，巧妙利用对材料对称性高度敏感的非线性光学二次谐波（SHG）技术，成功实现了对原子级厚度CrPS₄中反铁磁序的直接探测。实验结果显示，在偶数层样品中，二次谐波信号随外磁场变化呈现出清晰的磁滞回线，为奈尔序作为单一整体发生确定性翻转提供了直接实验证据。在理论研究方面，研究团队深入探讨了决定翻转模式的内在因素，指出层间反铁磁交换耦合强度与材料磁各向异性之间的竞争是其物理本质。团队还进一步将描述铁磁纳米颗粒相干翻转的经典“斯通纳‑沃尔法思模型”推广至反铁磁体系，提出了一个普适的物理判据——“特征交换尺寸”（图）。研究表明，当该尺寸大于层间距时，层间强耦合将迫使所有磁层同步翻转，实现“层间锁定”；反之，则表现为“层间自由”的逐层翻转。此外，研究还揭示了驱动该集体翻转的微观机制——“层共享效应”。样品横向存在奇数层与偶数层相连的区域。在磁场驱动下，具有净磁化的奇数层区域率先发生翻转，产生的畴壁通过层内强交换作用发生横向传播，进而像“多米诺骨牌”一样触发相邻偶数层区域的同步翻转。

　　该工作不仅深化了对低维磁性材料基础物理规律的认知，其提出的新理论框架和探测范式，也为未来设计和寻找适合用于高速度、低功耗的反铁磁存储及运算芯片的新型材料提供了清晰的指引。

图 二维层间反铁磁体的两类磁化翻转行为与“层共享效应”