近日，我校集成电路与光电芯片学院研究团队在二维磁性材料研究方面取得重要进展，发现了一种通过调控层间交换相互作用强度实现磁基态调变的新机制，为纳米尺度磁性器件的创新设计提供了新的思路与可能性。相关成果以《Surprising pressure-induced magnetic transformations from Helimagnetic order to Antiferromagnetic state in NiI₂》为题，发表在国际著名期刊《Nature Communications》上。本研究由集成电路与光电芯片学院访问学者刘启晔担任第一共同作者，戴俊峰教授担任通讯作者。深圳技术大学为第一完成单位，南方科技大学、清华大学深圳研究生院和扬州大学的理论课题组在理论分析方面提供了重要支持。

在凝聚态物理与材料科学领域，范德华（van der Waals, vdW）磁体作为一种新兴低维磁性系统，展现出丰富而复杂的磁性行为，正逐渐成为研究的前沿焦点。随着对相邻层间相互作用机制的深入探索，vdW磁体中层间耦合在决定磁性基态中的核心作用日益凸显。这类耦合作用涵盖从范德华力到各类磁交换相互作用，不仅主导磁性结构的形成，还赋予材料高度的可调控性，从而为其在自旋电子学与低维磁性器件中的潜在应用奠定基础。通过调控堆叠顺序、施加电场门控或外部压力等方式，研究人员已实现对层间耦合强度的精准调节，进一步丰富了vdW磁体的物理图景。

本研究以典型的范德华磁体NiI₂为对象，在高达11GPa的静水压下系统研究了其磁行为的演化。我们发现，其螺旋磁态与反铁磁态的磁转变温度随着压力的增加均显著升高，并在约7GPa处观察到一个可逆的螺旋磁—反铁磁相变，突破了现有理论和实验的预期。尽管磁转变温度的升高归因于压力增强了整体交换相互作用强度，但第二近邻层间相互作用J₂^丄在其磁基态转变中发挥了关键作用。该相互作用与层内磁相互作用构成竞争，有利于反铁磁态的稳定，这一机制也通过蒙特卡洛模拟得到了验证。本研究强调了层间相互作用在调控磁性基态中的关键作用，为开发新型高性能纳米磁性器件提供了多样化的实现路径。

图1:压力作用下NiI₂中磁性结构的转变过程：随着层间耦合的增强，磁性状态从螺旋磁（HM）态逐渐转变为反铁磁（AFM）态。下方图示展示了常压下主导的层间交换作用(J1与J3)，以及高压条件下起关键作用的垂直有效交换耦合J₂^丄。

图2:压力作用下NiI₂的磁相图

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59561-0