在磁性材料研究領域，一項突破性成果為開發新一代低功耗、高速運算芯片帶來了新契機?？蒲袌F隊聚焦低維反鐵磁體系，發現一類特殊的低維反鐵磁材料在外磁場作用下，能像鐵磁體一樣展現出確定性的雙穩態整體切換，這一發現推動反鐵磁材料研究邁向了“可讀可寫”的新階段。
常規磁性設備，像機械硬盤、磁隨機存儲器等，多以鐵磁材料作為存儲單元。鐵磁材料具有非零磁化特性，其磁化方向可天然用于二進制數據存儲，磁化方向“上”代表“0”，“下”代表“1”。反鐵磁材料的磁態（奈爾序）同樣能表示為二進制比特位，而且相比鐵磁體，它在開發更高密度、更快運行速度的磁性存儲器方面更具優勢。然而，如何可靠地調控奈爾序方向，尤其是實現層間鎖定型（所有磁性層同時發生整體性的雙態切換），成為反鐵磁材料應用于磁存儲的關鍵技術難題。
探測二維層間反鐵磁性也面臨諸多挑戰。傳統實驗方法難以適用于表征僅原子級厚度、微米級橫向尺寸的層狀反鐵磁材料，國際上長期缺乏有效的實驗研究平臺。不過，一支科研團隊基于多年技術積累，設計并成功研制了具有自主知識產權的無液氦多模態磁光顯微系統。此前，該團隊結合非線性光學二次諧波技術，在二維反鐵磁材料CrI3中觀測到源于層間反鐵磁性的巨大非互易二次諧波響應，相關成果發表在頂尖科技期刊上，為后續探索二維磁性體系中的新奇磁學現象建立了新型范式。
有了光學二次諧波這一“探照燈”，團隊得以觀察各種二維反鐵磁體在磁場下的真實行為。在研究另一種層間反鐵磁體CrPS4時，團隊成員在表征二次諧波響應時有了驚人發現：偶數層樣品的信號強度在磁場下表現為單一的磁滯回線。這表明CrPS4的反鐵磁奈爾序可實現層間鎖定型的理想反鐵磁調控路徑，意味著反鐵磁體如同鐵磁體一樣能被磁場整體切換，且能用非線性光學手段靈敏探測到這一現象。
同為層間反鐵磁體，為何會出現兩種截然不同的磁翻轉行為？理論物理團隊為這一實驗現象提供了理論解釋。他們首先通過微磁模擬，精準復現了實驗中觀察到的兩類磁切換行為。研究發現，決定磁翻轉模式的關鍵在于材料內部層間反鐵磁耦合與磁各向異性之間的競爭。當層間耦合足夠強大，能克服磁各向異性設定的翻轉勢壘時，一層磁矩的翻轉會帶動相鄰層同步轉向，實現層間鎖定式的整體翻轉；否則每層會“各自為戰”，表現出逐層切換的層間自由型行為。
為衡量兩類行為的邊界，定量判斷任意二維層狀反鐵磁體的磁切換行為，理論團隊進一步探索。他們聯想到鐵磁學中的經典Stoner - Wohlfarth模型，該模型描述理想鐵磁性納米顆粒在磁場下的相干磁翻轉，如同剛性小磁針在外場下的整體轉向。層間鎖定型的反鐵磁體恰似反鐵磁中的剛性小磁針，且層間反鐵磁體的范德華界面保證了反鐵磁相互作用的均一性，能實現步調一致的整體翻轉行為?；诖耍瑘F隊創新提出Stoner - Wohlfarth反鐵磁模型，并推導出反鐵磁的“特征交換尺寸”作為兩類行為的判據，不僅完美解釋了現有實驗，還為未來按需設計與搜尋具有理想翻轉特性的反鐵磁材料提供了理論指引。
研究團隊還提出“層共享效應”。這一效應最早由該團隊在層間自由型CrSBr中指出并于2025年發表，此次在層間鎖定型CrPS4中同樣發現了該效應。
