探索柔性磁性薄膜中非均匀应变调控的新机制
柔性磁性传感器结合了柔性电子系统的可变形特性与磁传感器的非接触、矢量检测能力，在可穿戴设备、智能传感和柔性电子领域展现出广泛的应用前景。然而，制造和使用过程中产生的应变会影响器件的磁性能和稳定性，限制了其实际应用。
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成功通过多种技术手段，如机械拉伸、热膨胀调控和衬底弯曲，实现了对柔性磁性薄膜中均匀应变的定量控制。该团队揭示了应变对柔性铁磁薄膜以及交换偏置异质结的磁各向异性产生的重要影响，并发展出多场耦合生长与界面调制等方法，有效提高了薄膜磁性能在应变下的稳定性。
最新研究中，该团队将研究重点转向复杂应变条件下柔性磁性薄膜的调控规律。他们以具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜为研究对象，采用预拉伸处理的弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为衬底，并结合磁控溅射技术，利用薄膜与弹性衬底之间的模量差异，在释放预应变后，于薄膜中构造出具有微褶皱的结构，从而引入非均匀应变分布。
通过磁力显微镜（MFM）观察发现，不同磁场作用下，斯格明子的密度与尺寸在空间上呈现出明显的非均匀性。特别是在褶皱结构的波峰两侧，斯格明子表现出不对称分布特性。在负应变梯度区域，斯格明子更易稳定存在，密度更高且尺寸更大；而在正应变梯度区域则相反。借助面内应变梯度，斯格明子密度可在1 μm-2至13 μm-2的范围内连续调节，尺寸变化范围达到85 nm至133 nm，其调控效果显著优于均匀应变所实现的性能。
微磁学模拟进一步表明，这种现象的物理机制源于应变梯度打破了局部反演对称性，进而调控了材料界面处的磁相互作用。该调控方式具有良好的可逆性与循环稳定性，即使经历多次拉伸—释放循环，仍能维持磁性能的稳定。此外，该策略可拓展至其他铁磁多层膜体系中，具备广泛的应用潜力。
这项研究为深入理解复杂应变对磁敏材料的调控机制提供了重要理论依据，也为开发具有优异应变稳定性的柔性磁传感器开辟了新的设计思路。
相关研究成果已发表在国际知名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。