［本站讯］近期，物理学院戴瑛教授团队在二维晶格磁性质研究方面取得系列新进展，相关成果分别发表在Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.、Mater. Horiz.等期刊。

进展一：近年来，二维磁性晶格中的能谷物理受到了极大的关注。通过模型分析，戴瑛教授团队提出了一种新的耦合物理机制，实现了二维反铁磁蜂窝状晶格中应变与能谷自由度之间的耦合。团队提出应力可以调制磁交换作用，进而实现二维晶格空间反演和时间反演对称性的调控。考虑到能谷物理与对称性之间的关联，在二维晶格中实现应力与能谷之间的耦合成为可能。基于第一性原理计算，团队进一步在AuCl₃、CrI₃和VPTe₃等一系列单层体系中证明了该机制的有效性，并预测了这些体系中存在的能谷极化和反常能谷霍尔效应。此外，该团队还对该机制的起源进行了讨论，发现键角的变化在调制磁交换作用中起着关键作用。这一机制的提出在很大程度上丰富了能谷物理和二维晶格的研究。相关研究成果以“Strain-Valley Coupling in Two-Dimensional Antiferromagnetic Lattice”为题发表在Advanced Functional Materials国际期刊上。论文第一作者为2022级硕士生刘毅博，马衍东教授和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。

进展二：层霍尔效应是霍尔效应家族的一个新成员，具有重要的基础物理研究和实际应用价值。戴瑛教授团队利用对称性分析和k·p模型，基于层自由度与多铁性之间的耦合，提出了实现层霍尔效应的新物理机制。团队发现，通过时间反演对称性破缺与空间反演对称性破缺的共同作用，在二维晶格中可产生自发能谷极化性质。在堆垛成双层的情况下，体系会产生层极化的贝里曲率，其可以驱使电子在给定层的特定方向上偏转，从而产生层霍尔效应。更为重要的是由此产生的层霍尔效应是铁电可控的。进一步地，该团队利用第一性原理计算在双层多铁体系Co₂CF₂中验证了这一机制。该团队的这一发现为层霍尔效应和二维晶格的研究开辟了新的方向。相关研究成果以“Layer Hall Effect in Multiferroic Two-Dimensional Materials” 为题发表在Nano Letters国际期刊上。论文第一作者为2021级硕士生冯阳阳，马衍东教授和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为第一作者单位。

进展三：磁斯格明子是受拓扑保护的自旋花纹，在新一代信息存储器件中具有良好的应用前景。目前关于磁斯格明子的研究大都基于d轨道磁性，它将磁斯格明子的存在限制在温度-磁场(T-B)相图里一个很小的区域中。为克服这一挑战，通过理论分析，戴瑛教授团队提出在d⁰磁性中产生斯格明子的思路。基于第一性原理计算和蒙特卡罗模拟，该团队在二维晶格Tl₂NO₂中发现了d⁰磁斯格明子。由于体系的中心反演破缺和重原子配体贡献的强自旋轨道耦合效应，在单层Tl₂NO₂中产生了较大的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。该作用与N原子p轨道电子的Heisenberg交换作用相互竞争，最终实现了外加磁场调控的d⁰磁斯格明子。与依赖于d轨道电子的磁斯格明子显著不同的是，d⁰磁斯格明子可以在T-B相图中的较大范围内稳定存在，该稳定性主要归功于d⁰磁性具有磁矩较小和相对离域的特性。进一步地，该团队证明了在单层Tl₂NO₂中的d⁰磁斯格明子具有铁电可控的特性，这一特性主要由于该体系的磁电耦合效应。该团队的发现为磁斯格明子研究开辟了新的方向。相关研究成果以“d⁰ Magnetic Skyrmions in Two-Dimensional Lattice”为题发表在Advanced Functional Materials国际期刊上。论文第一作者为2021级硕士生窦恺莹，马衍东教授和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。

进展四：实现对磁斯格明子性质的有效控制是斯格明子研究中的一个重要挑战。为解决这一挑战，戴瑛教授团队基于第一性原理计算和蒙特卡洛模拟研究了二维多铁体系Co₂NF₂中的拓扑磁性性质。由于铁电极化的存在，单层Co₂NF₂表现出较大的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。其与磁交换相互作用会形成竞争，使得单层Co₂NF₂在磁场下可以产生尺寸小于10纳米的磁斯格明子。重要的是，由于磁电耦合效应，磁斯格明子的手性可通过铁电调控，这使得磁斯格明子具有四重简并性。当与单层MoSe₂界面相互作用时，单层Co₂NF₂中磁斯格明子的产生和湮灭、以及磁斯格明子与磁斯格明子晶体之间的相变可以通过铁电反转实现。进一步地，该团队提出了一个无量纲参数k’作为在此类多铁单层中稳定磁斯格明子的判据。这一工作丰富了人们对于二维斯格明子和多铁性的研究。相关研究成果以“Ferroelectrically Tunable Magnetic Skyrmions in Two-dimensional Multiferroics” 为题发表在Materials Horizons国际期刊上。论文第一作者为2022级博士生何仲麟，马衍东教授和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。

上述工作是团队在二维晶格磁性质系列工作方面的新进展。以上工作得到了晶体材料国家重点实验室、国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程项目、山东省泰山学者计划等项目的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305130

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c01651

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202301817

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/MH/D3MH00572K