我院侯玉升副教授在二维磁性及其异质结磁各向异性研究方面撰写综述文章

       磁各向异性是磁性材料至关重要的基本物理性质之一，它描述了磁化强度或磁矩倾向于指向特定晶体学方向的物理现象。从微观机制的角度来说，磁各向异性主要有三大来源：磁晶各向异性、磁偶极矩导致的磁形状各向异性以及磁交换各向异性。尽管磁各向异性在能量尺度上与磁性材料的总磁能相比微乎其微，但是它决定了长程磁序的磁化方向，从而影响自旋电子学器件的功能和性能。特别是，随着二维范德华磁性材料研究的持续深入，人们逐渐形成认识到，磁各向异性在稳定二维长程磁有序结构，以及在二维范德华磁性材料及其异质结中驱动复杂磁相的涌现过程中扮演着关键角色！

       应《Advanced Functional Materials》杂志的邀请，我院侯玉升副教授和美国加州大学欧文分校物理与天文系Ruqian Wu教授以“二维范德华磁性材料及其异质结磁各向异性”研究为主题，发表了题为《Magnetic Anisotropy in 2D van der Waals Magnetic Materials and their Heterostructures: Importance, Mechanisms, and Opportunities》的综述文章。该综述首先概述了由晶体对称性和自旋轨道耦合诱发的各种磁各向异性形式，在指出了Mermin–Wagner定理与实际二维磁性材料的差异、以及回顾了从上世纪60年代到当前二维磁性的实验和理论研究历程后，明确了磁各向异稳定二维长程磁序的物理机制，特别是厘清了磁形状各向异性对二维长程磁性形成的重要性。该综述总结了自旋轨道耦合是如何决定磁晶各向异性的物理机制，强调了磁性原子周围配体阴离子强自旋轨道耦合和磁性原子自身大的轨道磁矩产生强磁各向异性的重要性。此外，该综述探讨了磁各向异性通过控制二维范德华磁性材料磁矩方向调控二维磁性及其与各种二维功能材料如二维拓扑绝缘体、三维拓扑绝缘体薄膜和谷半导体单层等构成的异质结中的量子反常霍尔效应、轴子绝缘体态、磁斯格明子、谷极化等物理现象。

       鉴于磁各向异性的重要性，本综述还介绍了调控范德华磁材料磁各向异性的几种广泛应用的方法，包括合金化、静电栅控、化学掺杂、应变工程以及界面工程等。最后，本综述探讨了二维范德华磁性材料及其异质中磁各向异性研究所面临的挑战：1）理论界尚未达成共识的重要问题是，在确定磁各向异性方面哪些各向异性相互作用项最为关键；2）因为足够强的磁各向异性能够稳定且能在高温下维持二维磁性，所以一个极具挑战性的难题是如何实现足够强的磁各向异性；3）在扭转二维范德华磁性材料中，莫尔磁性（moiré magnetism）的磁各向异性现象至今仍鲜有研究。针对上述问题，该综述认为，将5d过渡金属或稀土元素掺杂到现有二维范德华磁性材料中的策略，在实现更强磁各向异性效应和推动二维磁性领域发展方面具有巨大的潜力，另一方面，现在快速发展的机器学习或许为揭示并理解莫尔磁性中新涌现的磁各向异性现象提供了一条切实可行的路径。

       本综述于2025年8月5日发表于国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上。中山大学为该综述的第一署名单位，中山大学物理学院侯玉升副教授为第一作者，美国加州大学欧文分校（UC Irvine）物理与天文系Ruqian Wu教授为通讯作者。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和广东省磁电物性基础学科研究中心（物理学）第一批原创探索项目的大力支持，特别感谢广东省磁电物性分析与器件重点实验室的大力支持！

图注：二维范德华磁性及其异质结磁各向异性研究问题总结示意图。SOC：自旋轨道耦合；MM：磁矩；QAHE：量子反常霍尔效应。QAHE、Magnetic skyrmion和Electrical gating示意图分别来自文献[1]、[2]和[3]。

参考文献：

[1] F. Xue, Y. Hou, Z. Wang, Z. Xu, K. He, R. Wu, Y. Xu, W. Duan, Natl. Sci. Rev. 2024, 11, nwad151。

[2] Y. Zhou, S. Li, X. Liang, Y. Zhou, Adv. Mater. 2025, 37, 2312935。

[3] I. A. Verzhbitskiy, H. Kurebayashi, H. Cheng, J. Zhou, S. Khan, Y. P. Feng, G. Eda, Nat. Electron. 2020, 3, 460。

阅读原文：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202509453