戴瑛教授团队在二维磁性调控研究方面取得进展

近期，物理学院戴瑛教授团队在二维磁性调控研究方面取得系列新进展，相关成果分别发表在Nature Commun.和ACS Nano期刊上。

进展一：层霍尔效应，源于层自由度和贝里曲率的耦合，在基础研究和器件应用方面具有重要意义。目前，所有关于层霍尔效应的研究都植根于动量空间贝里相的范式，这必然需要满足苛刻的能带条件，对层霍尔效应的发展带来了显著挑战。基于此，团队提出了一种在二维I型多铁异质结中耦合磁斯格明子与层自由度的物理机制，进而提出了拓扑层霍尔效应的概念。与传统依赖于动量空间贝里相的层霍尔效应不同，拓扑层霍尔效应与层锁定的非共面自旋纹理（磁斯格明子）产生的实空间贝里物理有关。由于磁电耦合效应的存在，拓扑层霍尔效应可以通过铁电性和磁性进行有效控制。进一步地，该物理机制的可行性在二维多铁异质结CrInSe₃/In₂S₃/CrInSe₃中得到了验证。该团队的这一发现丰富了磁斯格明子和层霍尔效应的研究。相关研究成果以“Topological layer Hall effect in two-dimensional type-I multiferroic Heterostructure”为题发表在国际期刊Nature Commun.期刊上。论文第一作者为物理学院2024届博士毕业生杜文惠，马衍东教授、戴瑛教授和晶体材料研究院的王泽岩教授为共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。

进展二：在二维材料中，奇异物理和自旋取向之间的密切关系激发了对有效控制自旋取向的持续研究。尽管人们对调控自旋取向的兴趣激增，但普遍认为大多数二维晶格中自旋的优选方向仅限于特定方向，即面外和面内。从物理上讲，这种限制归因于电子轨道和自旋之间的特殊耦合，这种耦合屈服于降维约束的晶格对称性。这与三维磁性体系形成鲜明对比，在三维磁性体系中，自旋原则上可以沿任意方向设置。戴瑛团队提出了一种在二维多铁性材料中沿面内外方向调制自旋的机制。利用简单的微扰理论分析，发现来自面内和面外轨道的自旋-轨道耦合诱导相互作用之间的竞争可能会导致自旋倾斜。通过选择具有对称性赋予的特定低能轨道占据的体系，这种竞争可以通过超快光照引入。借助实时含时密度泛函理论（rt-TDFT），进一步证明这种机制在多铁性单层CuCr₂Se₄中是可以实现的。相关研究成果以“Light-Induced Spin Slanting in 2D Multiferroic Magnet”为题发表在国际期刊ACS Nano上。论文第一作者为2023级硕士生赵江雨，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。

团队于2025年在二维磁性调控研究方面已经取得了系列进展(Nature Commun. 2025, 16, 6141; ACS Nano 2025, 19, 24005; Small 2025, 21, 2412320.; Nano Lett. 2025, 25, 762.; Nano Lett. 2025, 25, 4108.; Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2414922.; Phys. Rev. B 2025, 111, 245432)。

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、山东省自然科学基金、山东大学齐鲁学者计划和山东省泰山学者青年专家项目等的支持。

论文链接：

进展1： https://www.nature.com/articles/s41467-025-61514-6

进展2： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c06157