近日，昆明理工大学材料科学与工程学院伍亮博士团队在自组装磁性功能薄膜方面取得重要进展，相关研究以“Field-Free Exchange-Bias Reversal in a Substrate-Directed Self-Assembled 2-(1-3)-Type Ferrimagnet/Antiferromagnet Nanocomposite”为题在线发表在材料学领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》上。

自组装纳米复合材料通常由不相容组分在生长过程中自发相分离形成。在以往的研究中，此类材料多呈现传统“1-3型”结构，即一相以三维连通形式作为基体，另一相则以一维柱状结构垂直嵌入其中。尽管该类结构在垂直方向上具备优良的功能取向性，但在实现复杂功能导向设计时，仍存在功能设计自由度不足的瓶颈。

研究采用拓扑相变分离策略，成功在衬底上诱导生长出一种新型2-(1-3)型自组装纳米复合材料。该材料与衬底呈现高度一致的晶体学取向，其结构特征为：水平分布的反铁磁（AFM）岩盐层（2）与垂直分布的反铁磁岩盐纳米柱（1）协同嵌入亚铁磁（FiM）尖晶石基体（3）内部，形成了兼具多维分布特征的复杂拓扑结构。

研究团队系统探究了该复杂拓扑结构的生长动力学机制。在脉冲激光沉积的过程中，由于岩盐相组分无法穿透已经生长的尖晶石层，这类组分在动力学平衡过程中被“俘获”，进而形成独特的“冻结扩散通道”。这一机制的揭示，为通过调控生长动力学参数、精准构筑多级纳米结构提供了关键物理支撑。

同时，研究实现了材料磁性的精准可调控。通过反铁磁（AFM）各向异性与AFM-FiM界面交换耦合的协同调控作用，该复合结构呈现出两大显著磁学效应：一是矫顽力增强与交换偏置区间的可逆切换，二是无外场依赖的反铁磁序精准调控，大幅提升了材料的磁学功能灵活性。该发现为破解微纳尺度下反铁磁序难以精准操控的难题提供了全新思路。反铁磁材料凭借无杂散场、响应频率高、抗外界干扰能力强等独特优势，被认为是下一代自旋电子学器件的核心组件。本研究提出的无外场调控方案，为突破传统调控技术的局限提供了可行途径，也为高集成度、低能耗自旋电子器件（如反铁磁存储器、磁传感器）的开发提供了新的技术参考。

昆明理工大学为论文的第一单位，伍亮博士、云南大学谢继阳教授、胡万彪教授和南方科技大学黎长建教授为论文通讯作者，相关研究工作得到了中国科学院宁波材料所曹彦伟教授等合作者的大力支持。材料学院硕士生王山虎、中国科学院宁波材料所毕佳畅博士和材料学院本科生刘淑雅为论文共同第一作者。此项研究成果得到了国家自然科学基金、云南省兴滇人才支持计划等项目的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202528760

（供稿：材料科学与工程学院）