近日，物电学院物理学硕士研究生在二维多铁材料电场调控磁性相变方面取得重要进展，以第一作者在国际顶级综合性期刊《Nature Communications》上发表题为“Phase-transition-driven ferroic response in 2D CuMnP2Se6 under ultra-low electric fields”的文章。
论文通讯作者为物电学院徐美玲副教授和李印威教授，吉林大学王彦超教授、天津工业大学周小东副教授。论文第一作者为2023级凝聚态物理硕士研究生陈静妍，这是她今年在《Nature Communications》上发表的第二篇文章。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助支持。
研究成果简述：
电场调控磁性相变被认为是实现高能效自旋电子学和非易失存储技术的关键途径。然而，在已知二维多铁材料中，磁电耦合普遍较弱，驱动磁性相变往往依赖较强外加电场，难以满足器件集成和低功耗应用的实际需求。围绕这一核心挑战，团队开展了系统研究。2020年，团队首次在第一类二维多铁材料中提出电场驱动磁性相变的有效策略，揭示了电控磁性的微观机制[Phys. Rev. Lett. 124, 067602 (2020)]。2025年，团队进一步基于电子配对的基本物理规律，提出通过层间堆叠或滑移实现磁性相变调控的新方案[Nat. Commun. 16, 4809 (2025)]。然而，上述策略中实现磁性相变仍需较强电场，如何在实验可行的超低电场条件下实现高效、可逆的电控磁性，已成为该领域亟待突破的关键科学问题。
在最新研究中，研究团队结合晶体结构预测与高通量第一性原理计算，发现了一类此前未被探索的二维多铁材料XMnP2(S/Se)6 (X = Cu, Au)。该类材料具有稳定的面内自发极化特征（与该家族主要的面外极化行为形成鲜明对比），可有效抑制去极化效应，为电场调控提供了有利条件。尤其是在CuMnP2Se6中，体系存在两种不等价的铁电相，分别具有相反的面内极化方向，并对应不同的磁有序状态。研究发现，仅需约0.001 V/Å的超低强度电场，即可同时实现铁电极化翻转并诱导铁磁态向反铁磁态的转变，展现出显著增强的磁电耦合效应，其磁电系数可达约0.04 G·cm/V。这项工作通过理论计算在实验可行的条件下预测了低功耗电场调控磁性的二维多铁材料，为设计自旋可控的新型低能耗二维器件提供了重要的材料基础和物理指导。
图1：电场调控磁性相变
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67516-8
徐美玲副教授：2018年于吉林大学获得博士学位，同年入职江苏师范大学，主要从事新型二维功能材料设计，以第一/通讯作者在Phys. Rev. Lett.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Phys. Rev. B/Research、PRX Energy等国际权威期刊累计发表SCI论文46篇；主持国家自然科学基金2项、江苏省高等学校面上项目1项、江苏省青年科技人才托举工程项目1项。
李印威教授：国家优秀青年基金获得者，入选江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次、“六大人才高峰”、“省高校优秀科技创新团队带头人”以及“青蓝工程”优秀青年骨干教师。主要从事高压下凝聚态物质新结构和新效应研究，主持国家级项目4项，在Nature、Nat. Commun、PRL、PNAS等国际权威期刊上发表SCI论文160余篇，被引8200余次，多篇入选ESI高被引论文；获教育部自然科学奖一等奖（排名第四）、中国新锐科技人物、江苏省高等学校科学技术研究成果奖一等奖、徐州市十大青年科技奖等荣誉与奖励。
（一审：徐美玲 二审：张乐 三审：何莉娜）