在磁性材料研究领域，一项突破性成果为开发新一代低功耗、高速运算芯片带来了新契机。科研团队聚焦低维反铁磁体系，发现一类特殊的低维反铁磁材料在外磁场作用下，能像铁磁体一样展现出确定性的双稳态整体切换，这一发现推动反铁磁材料研究迈向了“可读可写”的新阶段。
常规磁性设备，像机械硬盘、磁随机存储器等，多以铁磁材料作为存储单元。铁磁材料具有非零磁化特性，其磁化方向可天然用于二进制数据存储，磁化方向“上”代表“0”，“下”代表“1”。反铁磁材料的磁态（奈尔序）同样能表示为二进制比特位，而且相比铁磁体，它在开发更高密度、更快运行速度的磁性存储器方面更具优势。然而，如何可靠地调控奈尔序方向，尤其是实现层间锁定型（所有磁性层同时发生整体性的双态切换），成为反铁磁材料应用于磁存储的关键技术难题。
探测二维层间反铁磁性也面临诸多挑战。传统实验方法难以适用于表征仅原子级厚度、微米级横向尺寸的层状反铁磁材料，国际上长期缺乏有效的实验研究平台。不过，一支科研团队基于多年技术积累，设计并成功研制了具有自主知识产权的无液氦多模态磁光显微系统。此前，该团队结合非线性光学二次谐波技术，在二维反铁磁材料CrI3中观测到源于层间反铁磁性的巨大非互易二次谐波响应，相关成果发表在顶尖科技期刊上，为后续探索二维磁性体系中的新奇磁学现象建立了新型范式。
有了光学二次谐波这一“探照灯”，团队得以观察各种二维反铁磁体在磁场下的真实行为。在研究另一种层间反铁磁体CrPS4时，团队成员在表征二次谐波响应时有了惊人发现：偶数层样品的信号强度在磁场下表现为单一的磁滞回线。这表明CrPS4的反铁磁奈尔序可实现层间锁定型的理想反铁磁调控路径，意味着反铁磁体如同铁磁体一样能被磁场整体切换，且能用非线性光学手段灵敏探测到这一现象。
同为层间反铁磁体，为何会出现两种截然不同的磁翻转行为？理论物理团队为这一实验现象提供了理论解释。他们首先通过微磁模拟，精准复现了实验中观察到的两类磁切换行为。研究发现，决定磁翻转模式的关键在于材料内部层间反铁磁耦合与磁各向异性之间的竞争。当层间耦合足够强大，能克服磁各向异性设定的翻转势垒时，一层磁矩的翻转会带动相邻层同步转向，实现层间锁定式的整体翻转；否则每层会“各自为战”，表现出逐层切换的层间自由型行为。
为衡量两类行为的边界，定量判断任意二维层状反铁磁体的磁切换行为，理论团队进一步探索。他们联想到铁磁学中的经典Stoner - Wohlfarth模型，该模型描述理想铁磁性纳米颗粒在磁场下的相干磁翻转，如同刚性小磁针在外场下的整体转向。层间锁定型的反铁磁体恰似反铁磁中的刚性小磁针，且层间反铁磁体的范德华界面保证了反铁磁相互作用的均一性，能实现步调一致的整体翻转行为。基于此，团队创新提出Stoner - Wohlfarth反铁磁模型，并推导出反铁磁的“特征交换尺寸”作为两类行为的判据，不仅完美解释了现有实验，还为未来按需设计与搜寻具有理想翻转特性的反铁磁材料提供了理论指引。
研究团队还提出“层共享效应”。这一效应最早由该团队在层间自由型CrSBr中指出并于2025年发表，此次在层间锁定型CrPS4中同样发现了该效应。
