科学家揭示复杂应变对柔性磁性薄膜调控的新机制
柔性磁性传感器结合了柔性电子器件的可形变特性与磁传感器的非接触、矢量探测能力，但在实际应用中，由制备或使用过程中引入的应变可能影响其性能稳定性。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队此前已通过衬底弯曲、机械拉伸以及各向异性热膨胀等技术，成功实现对柔性磁性薄膜中均匀应变的精准控制。他们深入分析了应变对柔性铁磁薄膜及交换偏置异质结磁各向异性的影响，并开发出多场耦合生长和界面调控等方法，有效提升了柔性磁性薄膜在应变条件下的稳定性。最近，该团队进一步将研究推进到复杂应变对柔性磁性薄膜的调控机制。
研究人员以具备磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜为研究对象，使用预拉伸处理的弹性聚二甲基硅氧烷衬底，并结合磁控溅射技术，利用薄膜与衬底之间的模量差异，在释放预应变后成功诱导出Pt/Co/Ta薄膜的微褶皱结构。这种结构引入了非均匀的应变分布。
磁力显微镜观测结果表明，在不同磁场条件下，斯格明子的密度与尺寸呈现出空间非均匀性，并在褶皱的波峰两侧表现出不对称分布。具体而言，在负应变梯度区域，斯格明子更稳定，密度更高、尺寸更大；而在正应变梯度区域则相反。借助面内应变梯度，斯格明子的密度可在1μm–2至13μm–2之间连续调节，尺寸范围从85nm扩展至133nm。与均匀应变相比，这种调控方式表现出更优的性能。
微磁学模拟表明，这一现象源于应变梯度打破了局域反演对称性，从而有效调控了界面处的磁相互作用。该调控机制具备良好的可逆性与循环稳定性，即使经过多次拉伸—释放循环，依然保持良好性能，并有望推广至其他铁磁多层膜系统。
这项研究为理解复杂应变对磁敏材料的调控机制提供了重要理论基础，并为开发具有优异应变稳定性的柔性磁传感器开辟了新路径。
相关成果已发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊，研究工作获得了国家自然科学基金等项目的资助。