新研究揭示柔性磁性薄膜中应变调控的深度机制
柔性磁传感器集成了柔性电子器件的可变形特性与磁传感器非接触、矢量探测的优势，但其在制备和使用过程中，因应变影响，常导致性能稳定性下降。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队此前通过多种方式，如衬底弯曲、机械拉伸和各向异性热膨胀，成功实现了对柔性磁性薄膜中均匀应变的精确控制。研究揭示了应变对柔性铁磁薄膜及交换偏置异质结磁各向异性的调控机制，并提出了多场耦合生长与界面调制等策略，显著提升了柔性磁性薄膜在应变环境下的稳定性。最近，该团队的研究进一步拓展至复杂应变对磁性薄膜的影响及其作用机制。
研究以具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜为模型体系，采用预拉伸的弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为基底，结合磁控溅射技术，利用薄膜与基底之间模量差异，在应变释放后于Pt/Co/Ta薄膜中诱导出微褶皱结构，并引入非均匀应变分布。磁力显微镜观测表明，在不同磁场条件下，斯格明子的密度和尺寸在空间上呈现出显著的非均匀分布。特别是在褶皱波峰两侧，斯格明子密度与尺寸表现出不对称特征：在负应变梯度区域，斯格明子更易稳定存在，且密度更高、尺寸更大；而在正应变梯度区域则呈现出相反趋势。通过面内应变梯度，斯格明子密度可在1μm-2至13μm-2范围内连续调节，尺寸变化范围达85nm至133nm，调控效果优于传统均匀应变方式。
微磁学模拟进一步表明，该现象的物理根源在于应变梯度破坏了材料的局部反演对称性，从而有效调控了界面相互作用。这种应变驱动的调控机制具备良好的可逆性与循环稳定性，即使在多次拉伸—释放循环后，性能依然保持良好，且该策略有望推广至其他铁磁多层膜体系中。
该研究为深入理解复杂应变对磁敏感材料的影响机制提供了重要理论支持，同时为开发具有优异应变稳定性的柔性磁传感器提供了新的技术路径。
研究成果已发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上，研究获得国家自然科学基金等项目的资助。
褶皱Pt/Co/Ta多层膜的制备、形貌、磁性表征与应变分布
磁斯格明子密度、尺寸的不对称分布与可逆性调控