挠曲磁效应(flexomagnetism)指应变梯度与磁化之间的关联,是高阶的力磁耦合。但由于铁磁性的时间反演对称性破缺与应变梯度的空间反演对称性破缺存在固有矛盾,其本征效应通常较弱。
首先,我们通过第一性原理计算,在反铁磁单层FeSe中施加恒定应变梯度,首次揭示了其本征柔性磁响应机制。研究发现:单层FeSe在纵向、面内剪切、面外剪切和横向应变梯度作用下均呈现线性挠曲磁响应,其本征柔性磁系数最高达3.1 μBÅ。通过引入几何键角参数Δθ,我们证实磁性原子的晶体环境差异是应变梯度诱导净磁矩的物理起源,这为理解反铁磁体的挠曲磁效应提供了普适性理论框架。研究进一步发现dyz与dz2轨道是挠曲磁效应的主要贡献者,构成了该效应的直接电子尺度基础。我们还揭示应变梯度可通过调控dxz-dyz和dz2-dyz轨道的自旋轨道耦合强度来改变磁各向异性。该工作系统阐释了单层材料中应变梯度诱发磁响应的物理机制,为未来基于挠曲磁效应的可调控磁性器件开发提供了新思路。
然后,我们通过在单层CrN中施加恒定应变梯度,实现了约250 µBÅ的宏观挠曲磁系数,较先前报道的本征值(约1 µBÅ量级)提升两个数量级。研究发现,这种强挠曲磁响应源于应变梯度对Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)及其关联拓扑磁结构的调控。研究表明,剪切应变梯度可有效调节DMI强度,进而改变单层CrN中Néel型斯格明子的尺寸/形貌、磁畴壁及磁畴等拓扑磁结构。该成果为在单层(而非多层)材料体系中通过应变梯度工程调控拓扑磁结构以实现挠曲磁效应提供了新思路。
该研究以“Intrinsic flexomagnetism of antiferromagnetic monolayer FeSe”、“Large flexomagnetic response enabled by topological magnetic textures in monolayer CrN”为题,近期发表在物理知名期刊Physical Review B。论文第一作者为博士研究生唐梓铭,论文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.094441、https://doi.org/10.1103/swjl-y8z1



