近日，吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室王彦超教授团队在二维铁电体系磁性调控方面取得重要进展，相关成果以 “Phase-transition-driven ferroic response in 2D CuMnP₂Se₆ under ultra-low electric fields” 为题发表于国际顶级综合性期刊《Nature Communications》。

电场调控磁性相变被认为是实现高能效自旋电子学和非易失存储技术的关键途径。然而，在已知二维多铁材料中，磁电耦合普遍较弱，驱动磁性相变往往依赖较强外加电场，难以满足器件集成和低功耗应用的实际需求。围绕这一核心挑战，王彦超教授团队开展了持续而系统的研究。2020年，团队首次在第一类二维多铁材料中提出电场驱动磁性相变的有效策略，揭示了电控磁性的微观机制 [Phys. Rev. Lett. 124, 067602 (2020)]。2025年，团队进一步基于电子配对的基本物理规律，提出通过层间堆叠或滑移实现磁性相变调控的新方案 [Nat. Commun. 16, 4809 (2025)]。然而，上述策略中实现磁性相变仍需较强电场，如何在实验可行的超低电场条件下实现高效、可逆的电控磁性，已成为该领域亟待突破的关键科学问题。

在最新研究中，研究团队结合晶体结构预测与高通量第一性原理计算，发现了一类此前未被探索的二维多铁材料 XMnP₂(S/Se)₆ (X = Cu, Au)。该类材料具有稳定的面内自发极化特征，可有效抑制去极化效应，为电场调控提供了有利条件。尤其是在CuMnP₂Se₆中，体系存在两种不等价的铁电相，分别具有相反的面内极化方向，并对应不同的磁有序状态。研究发现，仅需约0.001 V/Å的超低强度电场，即可同时实现铁电极化翻转并诱导铁磁态向反铁磁态的转变，展现出显著增强的磁电耦合效应，其磁电系数可达约0.04 G·cm/V。这项工作通过理论计算在实验可行的条件下预测了低功耗电场调控磁性的二维多铁材料，为设计自旋可控的新型低能耗二维器件提供了重要的材料基础和物理指导。

图1：电场调控磁性相变

论文通讯作者为吉林大学王彦超教授、江苏师范大学徐美玲副教授和李印威教授、天津工业大学周小东副教授，论文第一作者为江苏师范大学2023级硕士生陈静研。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、高压与超硬材料全国重点实验室开放课题等项目的资助支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67516-8