信息来源：物理学院网站 发布时间：2025-10-10

近日，中国人民大学物理学院程志海教授课题组、程鹏教授课题组与中国科学院物理研究所郭剑锋等展开合作，综合利用原子力显微术（AFM）、扫描隧道显微术（STM）和磁力显微术（MFM）等先进表征技术，在新型二维各向异性范德华铁磁材料FePd2Te2中，成功揭示了其从原子尺度到介观尺度的孪晶畴结构及其所产生的本征张/压应变区域，并实现了对这些应变区域驱动的局域磁性状态的实空间成像与精准探测。研究团队不仅直接观测到不同应变区域的结构特性以及不同的磁矩大小和翻转行为，还在顺磁态下通过外加磁场诱导出与应变结构相关的极化顺磁态。该研究为理解本征应变-磁性耦合机制提供了原子级视角，为开发基于本征应变场调控的低功耗自旋电子器件提供了新思路。相关研究成果以“Atomic-to-Mesoscale Twinning Effects and Strain-Driven Magnetic States in an Anisotropic 2D Ferromagnet FePd2Te2”为题发表在2025年9月18日在线出版的《ACS Nano》（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c12067）上。

二维磁性材料因其在自旋电子学、量子计算和信息存储等领域的广阔应用前景而备受关注。这类材料的磁学性质往往与其晶体结构和微观缺陷密切相关。目前，大多数研究侧重于通过化学掺杂或外部施加应变等外部手段实现对磁性的调控，然而对于材料自身固有结构的不均匀性（如生长过程中自然形成的畴结构、应力分布等）如何影响甚至用于控制自旋结构尚未明确。FePd2Te2材料结合了二维层状晶格结构与准一维铁链特征，并自然形成正交孪晶畴，为研究本征应变对磁性的影响提供了一个理想平台。与外部引入的应变不同，这种应变源于材料生长过程中自发形成的晶畴结构，具有很好的稳定性。

研究团队发现，FePd2Te2在生长过程中会自发形成多级次的畴结构，产生空间分布的本征压应变和张应变区域，显著地影响铁原子链的结构稳定性、磁矩大小和自旋翻转行为。压应变区域的铁原子链结构更加稳定且表现出大的磁矩和快速翻转行为，而张应变区域的铁链稳定性差、磁矩较小且自旋翻转较慢。值得注意的是，即便在外加磁场使样品处于极化铁磁态时，不同应变区域仍可观察到明显的磁畴对比。该工作构建了一个研究本征应变调控磁性的理想模型体系，表明自发结构的各向异性可在不引入外部应变的条件下，实现复杂自旋构型的产生、稳定与操控。这一发现不仅为各向异性范德华磁性材料和准一维体系中的本征应变工程研究提供了新视角，也为基于应变磁性调控的新型自旋电子器件研究提供了基础。

图1. 二维磁性体系FePd2Te2在介观尺度下的形貌结构（原子力显微术）与原子尺度的晶体结构（扫描隧道显微术）表征

图2. FePd₂Te₂的宏观磁学性质与微观磁畴性质（磁力显微术）

该工作以“Atomic-to-Mesoscale Twinning Effects and Strain-Driven Magnetic States in an Anisotropic 2D Ferromagnet FePd2Te2”为题发表在2025年9月18日在线出版的《ACS Nano》上，共同第一作者为米烁、王曼雨和史秉贤。相关研究工作得到了科技部-国家重点研发专项、国家自然科学基金、教育部、中国科学院和中国人民大学资助。

程志海课题组一直致力于发展先进扫描探针显微技术，并利用其在低维量子材料和表界面物理体系开展创新性研究工作。近年来，与合作者一起围绕笼目结构、关联电子态、磁性拓扑绝缘体、铁电半导体等开展了研究工作，在超原子晶体的反铁电极化金属态（Phys. Rev. X 12, 041034 (2022)）、表面笼目电子结构（Nat. Commun. 14, 5230 (2023)）、空穴掺杂的1T-TaS2（ACS Nano 19, 8 (2024)）、高灵敏光电晶体管（Advanced Functional Materials 32, 2205468 (2022)）等方面取得了一系列重要成果。

原文链接：

Mi, S.; Wang, M.; Shi, B.; Li, S.; Pei, X.; Geng, Y.; Meng, S.; Xu, R.; Huang, L.; Ji, W.; Pang, F; Cheng, P.; Guo, J.; Cheng, Z. Atomic-to-Mesoscale Twinning Effects and Strain-Driven Magnetic States in an Anisotropic 2D Ferromagnet FePd2Te2. ACS Nano 19(38), 34318-34328 (2025)

Atomic-to-Mesoscale Twinning Effects and Strain-Driven Magnetic States in an Anisotropic 2D Ferromagnet FePd2Te2 | ACS Nano

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12067