美國賓夕法尼亞大學物理與天文學系副教授吳亮（Liang Wu）團隊在二維材料領域取得重要進展，首次實現對一種超薄反鐵磁材料中「量子幾何光電流」的精準磁性調控。該研究成果近期在南洋理工大學高等研究院（IAS）的學術活動中進行了分享。
「會發電」的超薄磁鐵？
想像一種只有一個原子層厚度、像紙一樣薄的材料，卻擁有奇特的磁性。這就是當前材料科學的熱點——范德華斯材料。吳亮教授團隊研究的，正是一種被稱為「范德華斯反鐵磁體」的特殊二維材料。它和普通磁鐵不同，內部原子級的「小磁針」雖然排列整齊，但方向兩兩相反，導致其整體不顯磁性。這種特殊結構讓它不易受外界磁場干擾，是製造高密度、高穩定性存儲器件的潛力股。
吳亮教授在南洋理工大學高等研究院（IAS）學術活動中分享二維材料反鐵磁序探測研究。
不過，這種材料最奇妙的特性，是它能在光照下產生電流。這並非傳統的光伏效應，而是一種更為根本的「量子幾何光電流」。簡單來說，電流的產生並非來自光子「踢出」電子，而是源於材料本身電子波函數獨特的幾何結構。作為一種全新的光電轉換機制，它有望實現更高效、更快速的光電信號轉換，給未來光電子器件的設計帶來了全新的可能。
從基礎研究走向未來科技
發現新現象只是第一步，真正的突破在於能否精準地控制它。吳亮教授團隊的核心貢獻就在於此：他們找到了調控這種量子電流的「開關」。在這類反鐵磁材料中，原子磁矩的排列會形成不同的「疇區」，就像一塊塊獨立的磁性版圖。團隊的研究實現了對這些疇區的「確定性翻轉」，進而讓光電流也隨之「磁性切換」。
具體來說，通過施加一個外部磁場，研究人員可以精準、可預測地翻轉這些疇區的排列方式。關鍵在於，每一次翻轉都會直接改變量子幾何光電流的狀態，例如電流的方向或大小。這就建立起了「磁場—材料結構—光電流」之間清晰的對應關係。這種確定性的控制，意味著科學家們不再是面對一個隨機的量子效應，而是擁有了一個可以穩定編程和讀寫的物理系統，讓這項基礎研究有了走向應用的堅實基礎。
NTU科研如何塑造未來科技
那麼，這項看起來高深的研究，究竟能用在哪？它的應用前景十分廣闊，尤其是在下一代信息技術領域。這種通過磁場控制光電流的機制，是構建新型「自旋電子學」器件的理想藍圖。未來的計算機內存或許不再依賴傳統的電荷，而是利用電子的自旋，從而實現更快的數據讀寫和更低的能耗。此外，這項技術也有望催生出超高靈敏度的光探測器和新型光學開關，在光通信和量子計算等領域大放異彩。
這項研究展示了二維反鐵磁材料在未來自旋電子學和光電子器件領域的巨大潛力，也體現了國際科研交流推動前沿探索的重要作用。吳亮教授團隊的成果，不僅加深了我們對微觀世界量子現象的理解，更重要的是，它為開發全新的電子設備提供了切實可行的路線。對於有志於科研的NTU學子而言，身邊不斷湧現的頂尖成果，本身就是最好的激勵和學習環境。
📌 要點總結
✦ 吳亮教授團隊在二維磁性材料研究中取得突破，並在NTU高研院活動中分享成果。
✦ 首次實現對量子幾何光電流的確定性磁性調控
✦ 該技術有望應用於下一代高速、低功耗電子設備
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