近日，物理與電子工程學院碩士研究生陳靜妍以第一作者在《Nature Communications》上發表題為“Control of magnetic transitions via interlayer engineering in ferroelectric H2O–OH systems”的文章，發布了在二維鐵電體系磁性調控方面的最新研究成果。論文通訊作者為我校徐美玲副教授和李印威教授，吉林大學王彥超教授、中國科學院物理研究所馮寶杰教授。這是課題組繼在《Physical Review Letters》上發表該領域重要成果后的又一重要進展。
陳靜妍是我校2023級凝聚態物理碩士研究生，2019年本科入學以來在本科生導師制的支持下，大一下學期進入李印威教授課題組開展科研訓練，本科期間以第一作者在《ACS Materials Letters》（影響因子：9.9）發表論文1篇，本科畢業后陳靜妍選擇留在課題組繼續攻讀碩士學位，目前以第一作者已發表SCI論文共3篇。
研究成果簡述：
多鐵性材料是指在單相材料中同時具備兩種或兩種以上可切換序參量（如鐵磁性、鐵電性、鐵彈性等）的材料，因其在存儲與邏輯器件等領域的應用潛力而受到廣泛關注。然而，該領域仍面臨一個關鍵性挑戰：如何有效調控磁性相變？早在2020年，該團隊首次在第一類二維多鐵材料中提出了通過電場調控磁相變的策略，揭示了電控磁性的獨特機制 [Phys. Rev. Lett. 124, 067602 (2020)]。然而，探索二維多鐵材料磁性調控新策略并揭示其新機制仍然是該領域的關鍵性科學問題。
基于電子配對的基本原理，該團隊提出了一種通過層間堆疊或滑移調控磁性相變新策略。采用吉林大學馬琰銘院士團隊自主研發的CALYPSO晶體結構預測技術并結合第一性原理計算方法，預言了一種新型二維分子鐵電材料——水-羥基（H2O-OH）單層結構。在該單層結構中，鐵磁性起源于OH基團2p成鍵軌道上的未配對電子。因此，通過調控層間結構，可實現磁性的可逆切換：一方面，層間堆疊促進H2O2分子形成，使未配對電子配對，從而誘導鐵磁性向非磁性轉變；另一方面，層間滑移抑制H2O2分子形成，恢復未配對電子，從而實現非磁性向鐵磁性轉變。此外，這一磁相變過程可被外加電場有效調控。重要的是，受該理論研究指導，中國科學院物理研究所馮寶杰教授等人采用低能電子輔助合成方法首次在Ag(111)表面合成了H2O–OH單層到多層結構。這項工作為二維鐵電材料中磁性的有效調控提供了全新思路，拓展了多鐵材料設計與應用的可能性。
▲層數依賴和堆疊調控的磁性相變及其機制
該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等科研項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60173-x
徐美玲副教授：2018年于吉林大學獲得博士學位，同年入職江蘇師范大學，主要從事新型功能材料設計和量子調控。以第一/通訊作者在Phys. Rev. Lett.、Nat. Commun.、Phys. Rev. B/Research、PRX Energy、Nano Energy等國際權威期刊累計發表SCI論文42篇；主持國家自然科學基金2項、江蘇省高等學校面上項目1項、江蘇省青年科技人才托舉工程項目1項。
李印威教授：國家優秀青年基金獲得者，入選江蘇省“333高層次人才培養工程”第二層次、“六大人才高峰”、“省高校優秀科技創新團隊帶頭人”以及“青藍工程”優秀青年骨干教師。主要從事高壓下凝聚態物質新結構和新效應研究，主持國家級項目4項，在Nature、Nat. Commun、PRL、PNAS等國際權威期刊上發表SCI論文160余篇，被引8200余次，多篇入選ESI高被引論文；獲教育部自然科學獎一等獎（排名第四）、中國新銳科技人物、江蘇省高等學校科學技術研究成果獎一等獎、徐州市十大青年科技獎等榮譽與獎勵。
（一審：李印威，二審：吳向裕，三審：殷子鈺）