惊人发现：二维材料中潜藏新型磁性，科技前景广阔！

斯图加特大学的研究人员与国际合作伙伴合作，实验性地证明了一种在原子级薄材料层中一种之前未知的磁性。这一发现与未来的磁性数据存储技术密切相关，并推动了对二维系统中磁性相互作用的深入理解。研究结果现已在Nature Nanotechnology上发表。

“随着数据量的持续增加，未来的磁性存储介质必须能够以更高的密度可靠地存储信息，”斯图加特大学应用量子技术中心（ZAQuant）主任约尔格·瓦赫特鲁普教授说，他的团队领导了该项目。“因此，我们的研究结果与下一代数据存储技术息息相关。同时，这些结果具有基础性的重要性，因为它们为我们提供了对原子级薄材料中磁性相互作用的新见解。”

国际研究团队发现了一种新的磁态，该状态出现在由四层原子组成的碘化铬系统中。“我们可以通过调节每一层中电子之间的相互作用，来选择性地控制这种磁性，”斯图加特大学第三物理研究所的博士后研究员彭若明解释道，他与博士研究员黄景楚一起在ZAQuant进行了实验。“特别值得一提的是，观察到的磁性特性对环境扰动非常稳定。”

二维材料中的不寻常磁行为

本研究中调查的碘化铬属于二维（2D）材料——由仅几层原子以晶体格子排列组成的系统。早就知道，二维材料的特性与三维块体的特性有很大不同。

通过轻微扭转两层碘化铬相对位置，斯图加特的研究人员创造了一种新颖的磁态。“相比之下，未扭转的双层不会显示出净外部磁场，这在早期研究中已有所证明，”彭说。扭转会产生一种叫做 斯凯尔米翁的结构——纳米尺度、拓扑保护的磁结构，是已知的磁系统中最小、最稳定的信息载体之一。该团队首次成功在扭曲的二维磁材料中创造并直接检测到斯凯尔米翁。

量子传感揭示微弱的磁信号

检测这种新磁态面临着巨大的实验挑战，因为相关信号非常微弱。为了克服这个问题，研究人员使用了一种基于量子传感技术的专业显微镜。该方法利用了钻石中的氮空位（NV）中心，其物理原理在过去二十年中已在应用量子技术中心得到了深入的发展和完善。

理论需要进一步完善

除了这些技术相关性，这些发现显著推动了对原子薄磁性系统中集体电子行为的理论认识。“我们的 实验结果 表明，现有的理论模型需要进一步完善，以更好地解释观察到的现象，”Wrachtrup说。

更多信息： King Cho Wong等人，扭曲的二维反铁磁体中的超摩尔自旋结构，《自然纳米技术》（2026年）。 DOI: 10.1038/s41565-025-02103-y