摘要：2025年1月13日，复旦大学吴施伟教授团队在国际顶级期刊Nature Materials发表题为《Resolving and routing magnetic polymorphs in a 2D layered antiferromagnet》的研究论文，

多态性，通常表示不同的分子或晶体结构，在自然科学中至关重要。

在范德瓦尔斯反铁磁体中，出现了一种新的磁性多态性，具有相同总磁化强度的多层选择性磁性结构。

然而，解析和操纵这种磁性多态性仍然具有挑战性。

2025年1月13日，复旦大学吴施伟教授团队在国际顶级期刊Nature Materials发表题为《Resolving and routing magnetic polymorphs in a 2D layered antiferromagnet》的研究论文，孙泽元和洪璨煜为论文共同第一作者，吴施伟教授为论文通讯作者。

吴施伟，复旦大学教授，博士生导师。2001年在复旦大学获学士学位，2004年在美国加州大学尔湾分校获硕士学位，2007年在美国加州大学尔湾分校获博士学位，师从Prof. Wilson Ho教授，2007-2011年在劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究。

吴施伟教授主要致力于开发和利用各种先进的扫描探针技术及光学技术来研究小尺度体系中的物理，并从微观角度解决凝聚态物理和表面科学中一些前沿的或疑难的问题。研究工具包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场和共聚焦光学显微镜等。

在这里，作者使用相位解析的磁性二次谐波生成显微镜来阐明二维（2D）层状反铁磁体CrSBr的磁多态性，证明了磁多态性的决定性和层选择性转换。

利用非线性磁光技术，作者通过光的振幅和相位明确地解析了CrSBr双层和四层中的多态自旋翻转跃迁。

值得注意的是，磁性多态自旋翻转转换的决定性路径源于“层共享”效应，其中转换由作为“控制位”的横向扩展层控制。

作者设想这种可控的磁多态性可以在范德瓦尔斯层状反铁磁体中广泛存在，从而为概率计算和神经形态工程提供自旋电子和光自旋电子设备的设计和构建提供新思路。

图1：层状反铁磁体的组合性质

图2：双层CrSBr层状反铁磁性的解析

图3：四层CrSBr的磁-SHG磁滞

图4：非隔离4L CrSBr的磁致发光回路和光谱

图5：解析非隔离4L和扩展2L CrSBr的磁性结构和跃迁

图6：少层CrSBr中的层共享效应

综上，本研究结果强调了磁性多态性是范德瓦尔斯层状反铁磁体的固有现象。

二次谐波（SHG）独特的相位检测为研究这些磁性多态性之间复杂的磁性相互作用提供了一种不可或缺的方法。

尽管在CrSBr四层中显示的状态数只有8种，但层共享效应可以通过局部控制横向扩展的双层或单层来操纵较厚层中的多种磁性多态性。

在激光切割技术的辅助下，对层共享效应和磁性多态性的探索可以彻底改变自旋电子和光自旋电子器件的结构，为概率计算和神经形态工程等创新应用的设计提供新的策略。

Sun, Z., Hong, C., Chen, Y. et al. Resolving and routing magnetic polymorphs in a 2D layered antiferromagnet. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02074-w.

来源：华算科技