宁波材料所柔性磁性薄膜研究获突破 解锁柔性磁传感器稳定化新密码

柔性磁传感器是柔性电子与磁传感技术融合的关键产物，但长期以来，器件在制备和实际使用中产生的各类应变，会直接干扰磁性能表现，降低工作稳定性，这一痛点始终制约着柔性磁传感器的技术升级与产业化落地。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队在该领域取得关键突破，其围绕应变梯度调控柔性磁性薄膜磁性能的研究成果发表于国际权威期刊《先进材料》，为解决这一行业难题提供了全新的技术思路，也为柔性磁电功能材料的复杂应变调控研究奠定了重要基础。

近年来，团队逐渐将研究视角转向复杂应变领域，重点探究应变梯度对柔性磁性薄膜磁性能的调控规律与作用机制，选取具有磁斯格明子结构的 Pt/Co/Ta 多层膜作为研究对象，设计了极具巧思的实验方案。研究中，团队采用预拉伸弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底，结合磁控溅射技术，利用薄膜与衬底之间的模量差异，在预应变释放后的 Pt/Co/Ta 薄膜上成功构筑出微褶皱结构。这一结构让非均匀应变分布的引入成为现实：褶皱波峰位置承受拉伸应变，波谷位置则受压缩应变，自然形成了面内应变梯度，为后续的磁性能观测与调控搭建了理想的实验模型。

通过磁力显微镜的高精度观测，团队捕捉到了一系列关键实验现象：不同磁场环境下，磁斯格明子的密度与尺寸呈现出显著的空间非均匀性，且在褶皱波峰两侧表现出明显的不对称分布。其中，负应变梯度区域成为磁斯格明子的 “稳定栖息地”，更利于其稳定存在，不仅密度更高，尺寸也更大；而正应变梯度区域的磁斯格明子则难以稳定，密度和尺寸均呈下降趋势。更为重要的是，借助这一面内应变梯度，团队实现了磁斯格明子密度在 1-13 μm⁻² 范围内的连续调节，尺寸调控范围也达到 85-133 nm，这一调控效果甚至优于传统的均匀应变调控方法，实现了技术上的重要突破。

为揭开这一现象背后的深层机理，团队开展了微磁学模拟研究，最终找到核心答案：应变梯度打破了材料的局域反演对称性，进而实现了对界面 Dzyaloshinskii–Moriya 相互作用的有效调制，这正是此次实现磁斯格明子精准、高效调控的关键。同时，实验还验证了该调控方式的优异性能 —— 不仅具备良好的可逆性，在多次拉伸 - 释放循环后仍能保持稳定的调控效果，还具有极强的拓展性，可适配于其他铁磁多层膜体系，为该技术后续的产业化应用提供了重要支撑。

在仪器设备与柔性电子行业快速发展的当下，人形机器人、智能医疗检测、虚拟现实等领域对高稳定性、高灵敏度柔性磁传感器的需求持续攀升。宁波材料所的此次研究，不仅为科研界认识复杂应变对磁敏材料的调控规律和机制提供了重要的理论与实验支撑，更突破了传统均匀应变调控的技术局限，为设计应变稳定性更优的柔性磁传感器开辟了全新路径。这一研究成果的落地，有望推动柔性磁传感技术向更精准、更可靠、更适配实际工程应用的方向发展，为相关领域的技术升级、产品创新注入新的核心动力。