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Adv. Funct. Mater.、Nano letters期刊上。

进展一：对磁斯格明子和双半子等拓扑自旋态的精准调控是自旋电子学领域的重要课题。传统基于磁场调控的方法存在效率低、焦耳热效应显著等问题，而铁电调控展现出明显优势。然而，当前通过铁电手段实现对拓扑自旋结构的非平庸物性调控仍面临重要挑战。基于此，团队建立了一种新型磁电耦合机制，提出了“磁电双半子”这一新概念。根据对称性分析，发现铁电极化和DMI手性之间存在相互锁定效应，这将产生两种能量简并但手性相反的拓扑相。不仅如此，通过电场诱导铁电-反铁电相变，可以控制双半子的生成和湮灭。基于第一性原理与原子级自旋模拟，团队进一步证实了单层材料CuV₂I₆是实现磁电双半子的理想载体平台。本研究为电场调控拓扑自旋结构提供了新框架，为拓扑自旋电子器件设计提供了重要依据。相关研究成果以“Magnetoelectric Bimeron in Two-Dimensional Hexagonal Lattice”为题发表在Adv. Funct. Mater.国际期刊上。论文第一作者为2024级硕士生王修东，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：不同拓扑自旋结构之间的相变蕴含着丰富的物理内涵与潜在应用价值，近年来备受关注。然而，现有调控方法仍主要依赖垂直磁场反转机制，该方式操作繁琐且实用性受限。基于此，团队提出了在二维多铁性异质结材料中实现斯格明子和双半子之间转换的机制。该磁电耦合机制，通过外加电压控制铁电层的极化反转，可逆地诱导相邻磁性层中形成两种不同的拓扑自旋结构——斯格明子和双半子。通过分析发现铁电性介导的两种因素——面内各向异性能与对称海森堡交换作用和反对称DMI的比值之间的竞争关系具有决定性意义，二者的平衡决定了不同拓扑相之间的转变。进一步地，该机制的可行性在二维多铁异质结NiSeCl/Sc₂CO₂中得到了验证。相关研究成果以 “Electrically Switchable Topological Magnetic Phase Transition in 2D Multiferroics” 为题发表在国际期刊Nano letters上。论文第一作者为2024级硕士生杨俊煌，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。

在此之前，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://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202510581

进展2：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c03346