南京大学物理学院张海军教授课题组揭示交错磁第二类多铁性

近日，南京大学物理学院张海军教授课题组与合作者在交错磁多铁性研究方面取得进展。团队提出“交错磁的第二类多铁性”这一新概念，结合对称性分析与金属-配体杂化模型，揭示了交错磁性诱导自发电极化的耦合机制及锁定关系，并基于层群对称性对该锁定关系进行了系统分类。进一步地，以单层MgFe₂N₂薄膜为例，定量研究了其中交错磁性诱导的自发电极化。该工作为探索交错磁体中的新型磁电耦合效应提供了新思路。

多铁性材料同时具备铁电性与磁性，可实现电场与磁序之间的耦合调控。第二类多铁性材料的电极化由磁序直接诱导，通常具有强的本征磁电耦合。然而，已报道的第二类多铁性材料大多依赖非共线磁序，给外场操控带来复杂性。交错磁性是近年来发现的一类新型磁性相，兼具传统铁磁体和反铁磁体的优势。由此，一个关键的科学问题是：交错磁体中存在的非常规共线磁序，能否直接诱导电极化并实现第二类多铁性？

针对这一问题，团队从对称性出发指出，在具有PT联合对称性的传统反铁磁体中，空间反演操作可将两个反平行磁性子晶格联系起来，使其局域电偶极矩彼此抵消，总电极化为零；而在交错磁体中，反平行磁性子晶格通常不由空间反演操作相连，因此这种抵消不再受到对称性强制约束，体系可产生有限大小的电极化（图1）。基于自旋相关的局域电偶极矩模型，研究推导出总电极化与Néel矢量之间的关系，表明电极化可由交错磁性Néel序直接诱导并随其取向变化。该机制将交错磁体的非常规自旋结构与第二类多铁性材料的磁致铁电性联系起来，为寻找新型磁电耦合材料提供了途径。

图1：交错磁序诱导多铁性的机制示意图。

在此基础上，团队系统分析了二维材料的80个层群，筛选出满足交错磁性和非极性母相要求的对称性，并根据电极化与Néel矢量取向之间不同的锁定方式，将二维交错磁第二类多铁性材料划分为八类。作为代表性实例，预言单层MgFe₂N₂具有交错磁第二类多铁性，满足第五类Pz ∝ cos(2ϕ)的锁定关系，并呈现出显著的动量依赖自旋劈裂（图2）。此外，团队提出利用磁光法拉第效应测量Néel矢量取向，从而识别与其锁定的电极化方向，为实验探测交错磁多铁性提供了可行方案。

图2：交错磁单层MgFe₂N₂中的第二类多铁性。

相关成果以“Altermagnetic type-II Multiferroics with Néel-order-locked Electric Polarization”为题，于2026年5月27日在线发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。南京大学物理学院博士后郭文锑、博士研究生徐俊奇为论文共同第一作者，南京大学物理学院张海军教授和南京师范大学物理科学与技术学院王怀强副教授为共同通讯作者，南京大学现代工程与应用科学学院杨玉荣教授参与了研究工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费、教育部基础学科和交叉学科突破计划、中国博士后科学基金等项目的支持，依托南京大学物理学院、固体微结构物理全国重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省物理科学研究中心、江苏省量子信息科学与技术重点实验室、江苏省声子工程研究中心、南京师范大学量子输运和热能科学中心等平台。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-73750-5