给磁性薄膜'揉'出褶皱，中国科学家打开磁斯格明子调控新维度

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柔性电子设备像皮肤一样贴合人体，但传统磁传感器却是硬邦邦的铁疙瘩。这个矛盾困扰了工程师多年。中国科学院宁波材料技术与工程研究所的团队最近想出了一个妙招。他们像揉纸团一样给金属薄膜制造出微褶皱，通过精确控制这些褶皱产生的非均匀应变，首次实现了对磁斯格明子密度和尺寸的高效、可逆调控。这项研究发表在国际材料领域顶级期刊《先进材料》上，为下一代柔性磁传感器奠定了关键基础。

磁斯格明子是一种纳米尺度的磁性涡旋结构。它像微小的磁性泡泡，具有尺寸小、稳定性高、易操控等特性，被认为是下一代高密度磁存储和传感器件的理想载体。但在柔性电子场景中，弯曲和拉伸产生的应变会严重干扰磁斯格明子的稳定存在。

此前，科学家们主要关注均匀应变对磁性的影响。宁波材料所团队早期通过衬底弯曲、机械拉伸等方法，已经掌握了均匀应变的定量控制技术。真实柔性器件的变形往往是非均匀的。薄膜在弯曲时，外侧受拉、内侧受压，这种应变梯度才是实际工况的常态。

研究团队创造性地采用预拉伸弹性体衬底（聚二甲基硅氧烷）结合磁控溅射技术。他们在拉伸状态下生长Pt/Co/Ta多层膜，释放预应变后，薄膜与衬底间的模量差异导致表面形成规则的微褶皱结构。这种结构在微观上引入了精确可控的应变梯度，而非简单的均匀伸缩。

磁力显微镜观测揭示了奇妙的现象。在微褶皱的波峰两侧，磁斯格明子呈现出明显的非对称分布。在负应变梯度区域，斯格明子更容易稳定存在，密度高达13μm⁻²，尺寸膨胀至133nm。而在正应变梯度区域，密度降至1μm⁻²，尺寸收缩到85nm。

这种调控范围远超均匀应变的效果。更重要的是，微磁学模拟揭示了深层机制：应变梯度打破了局域反演对称性，有效调制了界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。这种界面效应是稳定斯格明子的关键能量项。通过"揉皱"这种看似粗暴实则精细的操作，科学家们实际上在纳米尺度上重构了磁性相互作用的空间分布。

这项成果标志着中国在柔性磁电子学领域迈入国际前沿。宁波材料所并非初出茅庐。过去几年，该团队系统建立了柔性铁磁薄膜和交换偏置异质结的应变调控理论体系，发展了多场耦合生长和界面调制等方法。这次将研究拓展至复杂应变场，填补了该领域的认知空白。

纵观全球，柔性磁传感是近年来凝聚态物理与柔性电子学交叉的热点。欧美团队多专注于单一应变模式下的性能维持，而中国团队此次展示了利用复杂应变实现主动功能调控的新范式。国内其他力量也在加速布局：中科院物理所、清华大学等团队在块体斯格明子材料制备上已有深厚积累；中科大、复旦大学在柔性电子集成工艺上不断突破。宁波材料所的工作巧妙地连接了材料基础研究与器件应用需求。

国家自然科学基金对这一系列研究给予了持续支持。这反映了中国在"十四五"期间对关键基础材料与前沿电子器件的战略布局。柔性磁传感器兼具非接触探测和矢量敏感特性，在可穿戴健康监测、软体机器人触觉感知、智能防伪等领域具有巨大应用潜力。

实验室里的新奇现象往往难逃"一次性"的命运。但这次不同。研究团队验证了该调控方式具有优异的可逆性和循环稳定性。经过多次拉伸-释放循环后，褶皱结构保持完整，磁斯格明子的调控能力没有衰减。这种机械鲁棒性解决了柔性磁电器件长期面临的疲劳失效问题。

该方法还具备良好的普适性。研究团队指出，这种基于应变梯度的调控策略可以拓展至其他铁磁多层膜体系，不限于Pt/Co/Ta结构。这意味着一个普适性的技术路线正在形成：通过简单的机械预拉伸-释放工艺，就能在多种磁性材料中植入功能化的微纳结构。

从均匀应变到非均匀应变，从被动抗干扰到主动利用形变，中国科学家正在重新定义柔性磁电子学的设计哲学。当磁斯格明子们乖乖地排列在人工制造的褶皱山谷中，我们离真正"柔软"的磁场探测器又近了一步。

该研究成果发表于《先进材料》（Advanced Materials），由中国科学院宁波材料技术与工程研究所团队完成，研究工作得到国家自然科学基金支持。