柔性金属薄膜磁性调控的新维度：应变梯度
近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队等研究证实，应变梯度是磁性多层膜中一种有效的附加控制参数。这种调控方式具有良好的可逆性和循环稳定性，且可拓展至其他铁磁多层膜体系。相关研究成果发表于《先进材料》。
柔性磁传感器兼具柔性电子的可变形性与磁传感器的非接触、矢量探测等优势，在人形机器人、医疗健康、虚拟现实等领域应用前景广阔，备受关注。然而，其制备与使用中产生的各类应变，往往影响器件的工作稳定性。
基于前期研究积累，研究团队将研究拓展至复杂应变对柔性磁性薄膜的调控规律和机制。在实际应用中，柔性电子器件常承受非均匀应变，厘清应变梯度对磁性能的影响，对提升器件稳定性具有重要意义。
研究中，团队选择具有磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜作为研究对象，采用预拉伸弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底并结合磁控溅射技术，利用薄膜与衬底间的模量差异，在预应变释放后的Pt/Co/Ta薄膜中成功构筑了微褶皱结构，从而引入非均匀应变分布：褶皱结构的波峰位置受到拉伸应变，而波谷位置受到压缩应变，由此产生面内应变梯度。
磁力显微镜观测显示，不同磁场下，斯格明子的密度与尺寸呈现显著空间非均匀性，并在褶皱波峰两侧出现不对称分布：在负应变梯度区域，斯格明子更易稳定存在，密度更高、尺寸更大；而在正应变梯度区域则相反。
利用面内应变梯度，斯格明子密度可在1~13μm-2范围内连续调节，尺寸调控范围达85~133nm，该调控效果甚至优于均匀应变的作用。
微磁学模拟表明，该效应源于应变梯度打破局域反演对称性，从而有效调制界面Dzyaloshinskii–Moriya相互作用。
该研究为认识复杂应变对磁敏材料的调控规律和机制提供了重要基础，同时为设计应变稳定性好的柔性磁传感器提供了新思路。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202518161
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