编者按

磁学作为推动人类科技革命的关键基础学科之一，其应用贯穿人类文明演进的关键历程：四大发明之一的指南针，开启大航海时代并推动了全球文明的深度交融；发电机与变压器的发明，构筑起现代社会赖以运行的电力体系；以磁芯为核心的电感元件，作为三大基础电路元件之一，成为各类电子装备的关键支撑；磁记录密度的跨越式提升，更助力人类迈入信息爆炸的信息化时代。当前,随着智能装备、新能源交通、先进电力电子等领域的快速普及与迭代升级，对磁学与磁性材料提出了全新且迫切的原理创新与应用技术需求，主要集中在: 1）适配第三代半导体电力电子系统的高频低损耗磁芯材料；2）新能源汽车、飞行器、机器人微执行器所需的高磁能积、高稳定性永磁材料；3）基于磁序与自旋自由度的新型信息存储、处理与计算技术；4）面向新一代信息通信的高频微波磁性材料与器件；5）面向磁环境感知与精密测量的高灵敏度磁传感器及磁测量技术。

我国拥有稀土资源禀赋优势，正加速从磁材料与磁器件产业大国向产业强国迈进。但必须清醒认识到，我国磁学领域前沿基础研究与规模化产业应用之间仍存在显著断层，亟需在原创原理突破、关键技术攻关、工程化等方面实现系统性跨越。在此背景下，受《物理学报》编辑部委托，我们组织策划了应用磁学专题，聚焦磁效应-磁性材料-磁器件的全链条创新与贯通，旨在搭建连接前沿基础研究与规模化工业应用的桥梁，推动颠覆性物理原理创新，协同攻克关键技术瓶颈，加速从原始创新到材料性能提升、再到器件工程化应用的孵化进程，实现新一代磁性器件的快速应用和推广，促进磁学赋能的智能系统新业态发展。

本专题邀请了国内本领域多位杰出学者与优势研究团队，围绕磁性材料设计、理论计算与物理建模、磁性能精准表征、磁器件研发及应用等方向展开系统梳理与前沿研究，既凝练应用磁学关键领域的发展脉络与前沿动态，也报道具有前瞻性、引领性的创新成果，直面产业痛点与学术前沿，力求展现磁学基础研究与材料、器件、产业应用深度融合的学术图景与技术路径。

期待以本专题为纽带，进一步推动应用磁学领域基础理论、功能材料与器件应用的深度交流与协同创新，促进多学科、多技术、多平台交叉融合，加强学界与产业界的对接互鉴，在基础前沿探索与国家重大应用需求的交汇点上夯实理论根基、激发创新活力，为我国新材料、高端装备与战略性新兴产业的高质量发展贡献磁学力量。

客座编辑

吴义政      复旦大学

柴国志      兰州大学

专题文章

应用磁学专题编者按

吴义政，柴国志

物理学报, 2026, 75(6): 069001

DOI: 10.7498/aps.75.069001

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研究论文

MnBi单晶的自旋重取向与高压调控研究   

董航，王正琪，赵凌霄，马玉哲，孙文，齐彦鹏，李国伟

物理学报, 2026, 75(6): 060708

doi: 10.7498/aps.75.20251578

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摘要：磁各向异性与自旋重取向是决定永磁体及自旋电子器件中性能的重要物理基础。然而，在MnBi永磁材料体系中，Mn 3d-Bi 6p杂化与Bi强自旋-轨道耦合主导的磁各向异性贡献长期竞争，使其自旋重取向机制备受争议。本研究通过助熔剂法成功生长毫米级高质量MnBi单晶， 并结合变温磁性表征、电输运、变温X射线衍射及高压调控系统研究了其磁各向异性演化规律。结果显示， MnBi在约90 K发生由面内至c轴的自旋重取向过程，同时在140 K附近观察到晶格c/a比值的突变，这一结构异常先于磁相变发生，揭示了MnBi存在显著的结构前驱态与晶格-磁性的强耦合行为。高压研究(0.9—3 GPa)表明， 随着压力升高， 自旋重取向转变温度持续下降，而c轴方向磁化强度显著增强。这表明压力通过调节晶格压缩与Mn-Bi轨道杂化强度， 打破Mn-Mn直接交换与自旋-轨道耦合驱动的磁各向异性竞争，最终稳定c轴取向的磁状态。本研究明确揭示了MnBi中结构演化、电子杂化与磁各向异性的耦合机制，提出了通过外场调控磁各向异性的有效策略，为设计高性能永磁体及自旋电子材料提供了重要启示。

自旋-轨道力矩驱动的交错磁体磁动力学

曹彦彰，韩磊，潘峰，王钰言，宋成

物理学报, 2026, 75(6): 060709

doi: 10.7498/aps.75.20251628

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摘要：新兴的交错磁体兼具铁磁体能带中自旋劈裂与反铁磁体磁矩补偿的双重特性，有望在实际应用中融合二者优势，构建高速、高密度、稳定且易读出的新型磁性存储器件。研究自旋-轨道力矩驱动下的交错磁体磁动力学过程，是实现其电学调控的重要基础。为此，本文采用原子自旋模拟方法，系统揭示了交错磁体在自旋-轨道力矩作用下的磁动力学行为， 并与相同条件下的反铁磁体磁动力学进行对比。结果表明，交错磁体在直流自旋-轨道力矩作用下呈现出与共线反铁磁体相似的磁动力学特征；然而，在脉冲自旋-轨道力矩撤除后的磁矩弛豫过程中，交错磁体的动力学行为表现出混沌的特征，磁矩最终稳定于非易轴方向。进一步分析显示，磁矩弛豫过程中的最大李雅普诺夫指数受到交换相互作用与阻尼因子的显著影响。上述结果为理解交错磁体的奇异物性提供了新的视角，也为其在器件层面的潜在应用拓展了新的可能性。

钐铁氮永磁材料的超强磁晶各向异性

林中冲，叶宇城，查亮，梁栋，安琪，刘文卿，李田，凌浪生，李志伟，乔亮，杨文云，罗昭初，韩景智，刘恩克，黄志高，杨金波

物理学报, 2026, 75(6): 060710

doi: 10.7498/aps.75.20251613

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摘要：开发兼具高最大磁能积与高居里温度的稀土永磁体，已成为当前应用磁学领域的核心挑战与战略目标。Sm-Fe-N理论磁能积与钕铁硼(59 MGOe)相当，但具有更高的居里温度和更强的磁晶各向异性，且不含重稀土和不受钕价格波动影响，是具有高稳定性与高矫顽力潜力的一种新型稀土永磁材料。本文系统研究了超强磁晶各向异性Sm-Fe-N中的氮含量/占位、磁结构/超精细场以及Sm/Fe自旋-轨道耦合。通过特殊装样与吸收修正，成功获得Sm₂Fe₁₇及氮化物的高质量中子衍射图谱。研究表明，N原子择优占据9e间隙位，形成了全氮化合物Sm₂Fe₁₇N₃。结合⁵⁷Fe穆斯堡尔谱， 发现氮化显著提升了材料的居里温度和基态Fe磁矩， 从而增强了其室温磁性能。稳态强磁场测量表明， Sm₂Fe₁₇N₃室温各向异性场为22.6 T，2 K时超过50 T，具有超强磁晶各向异性，为实现高矫顽力提供了关键基础。通过磁圆二色性技术，确认Sm磁性以轨道磁矩的贡献为主，其强自旋-轨道耦合效应是超强磁晶各向异性的物理根源。相比之下，Fe轨道磁矩发生淬灭，使其总磁矩由自旋磁矩贡献。本研究阐明了间隙氮含量/占位与磁晶各向异性的内在关系，揭示了稀土Sm/Fe自旋-轨道耦合机制，为设计高性能永磁材料提供了重要理论依据。

Fe₃GaTe₂/Bi₂Te₃异质结中拓扑界面耦合调控铁磁性研究

次文娟，刘天祺，宋燕丽，马珠，王颖，申建雷，杨瑞龙，薛武红，许小红

物理学报, 2026, 75(6): 060711

doi: 10.7498/aps.75.20251620

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摘要：拓扑异质结的界面相互作用能够通过界面电荷转移、拓扑表面态诱导等有效调节界面磁有序，为实现高效、低功耗的磁序操纵提供可靠策略。本文构筑了室温铁磁体Fe₃GaTe₂与拓扑绝缘体Bi₂Te₃的全范德瓦耳斯异质结，探究了Bi₂Te₃界面相互作用对Fe₃GaTe₂磁性的影响规律。通过不同温度下的微观磁畴演变，表明拓扑界面能够有效稳定Fe₃GaTe₂的长程磁有序。磁光测量进一步验证了异质结构中Fe₃GaTe₂居里温度提升了约20 K，并观测到异常的MOKE信号反号行为。本研究揭示了拓扑界面效应在调控二维磁性中的重要作用，为开发高性能自旋电子器件提供了实验基础。

基于同步辐射相位时间分辨X射线铁磁共振技术的发展

袁亚楠，王思宇，秦春宇，闫鹏辉，傅思远，王亚梅，曹杰峰，李倩

物理学报, 2026, 75(6): 060805

doi: 10.7498/aps.75.20251577

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摘要：超快磁动力学是当代自旋电子学与磁性材料研究的前沿领域，涉及磁性体系中磁矩在飞秒至纳秒时间尺度内的响应与演化过程。为解析这些超快磁动力学行为， 发展了多种时间分辨探测手段。基于同步辐射的X射线铁磁共振(XFMR)技术将微波激发的铁磁共振(FMR)与X射线磁圆二色(XMCD)技术相结合， 能够在皮秒时间尺度上实现磁化进动的元素、价态及晶格占位分辨测量，获取进动磁矩的幅度与相位信息。本工作依托上海同步辐射光源(SSRF)BL07U矢量磁铁实验站， 自主设计并搭建了一套具备皮秒级时间分辨精度的XFMR实验平台。系统采用锁相放大调制与储存环主时钟精密同步的泵浦探测技术，可在高达6 GHz的频率范围内稳定激发并探测磁性元素的自旋进动，系统本底噪声被有效抑制至30 fA量级，整体相位时间分辨精度优于10 ps。标志着国内在同步辐射XFMR技术上已具备国际先进的时间分辨能力与灵敏度水平，为后续开展自旋流和轨道流探测及亚铁磁和反铁磁动力学等领域的研究奠定了重要实验基础。

专题文章网站链接：

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