反涡流在未来的纳米功能器件中具有潜在的应用，但孤立反涡流的形成传统上需要纳米级尺寸和接近零的磁晶各向异性，这限制了其更广泛的应用。
2025年1月7日，山西师范大学许小红教授、薛武红教授、安徽大学汤进教授、清华大学宋成教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Stable antivortices in multiferroic ε-Fe2O3 with the coalescence of misaligned grains》的研究论文，薛武红教授、王涛、杨华礼为论文共同第一作者，许小红教授、薛武红教授、汤进教授、宋成教授为论文共同通讯作者。
许小红，山西师范大学教授、校长，国家杰青。1988年在天津大学获学士学位，1996年于北京科技大学获硕士学位，2001年于西安交通大学获博士学位，2001-2006年期间在华中科技大学、英国谢菲尔德大学、日本东北大学从事博士后及合作研究。
许小红教授主要从事半导体自旋电子材料、二维信息存储材料与器件、拓扑量子材料、新型永磁材料等方面的研究与产学研工作。在J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、Phys. Rev. Lett.、Adv. Mater.等国际权威学术期刊上发表SCI收录论文300余篇。申请和授权专利20余项，出版著作2部。
薛武红，山西师范大学教授。2018年获山西师范大学博士学位，毕业后留校工作。
薛武红教授的研究方向为1.高居里温度2D铁性（铁磁/铁电/多铁）材料的制备；2.2D铁性的外场（磁场、电场、光场、应力场）调控及机理研究；3.2D铁性存储、逻辑和神经形态器件构筑及类脑计算应用。
汤进，安徽大学教授。2012年于电子科技大学获得学士学位，2017年于中国科学院物理研究所获得博士学位，随后在中国科学院强磁场科学中心从事科研工作，2022年加入安徽大学。
汤进教授的主要研究方向包括：（1）拓扑磁性与自旋电子学；（2）磁性薄膜与功能器件；（3）稀土应用磁性材料。截至2023年8月，以第一/通讯作者身份在期刊Nature Nanotechnology、National Science Review、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Nano Letters、ACS Nano、PRB、Acta Materialia和APL等发表学术论文多篇。
宋成，清华大学教授。2004年本科毕业于中南大学，2009年在清华大学获得博士学位，2009-2011年在德国雷根斯堡大学担任研究助理/洪堡博士后，2011年加入清华大学，2021年晋升为长聘教授。
宋成教授主要开展信息功能材料研究，包括自旋电子学材料、声表面波滤波器和磁声耦合器件。
在这里，作者提出了一种通过未对准颗粒的聚结在多铁性ε-Fe2O3中形成反涡流的方法。
通过利用未对准的晶域，大的磁晶各向异性能量被抵消，从而稳定了反涡旋的基态。该方法克服了过去在微米级样品中观察孤立反涡流的困难。在2.9至16.7μm的截角三角形多铁性ε-Fe2O3多晶中观察到稳定的孤立反涡流。此外，核心极性的不可预测性被用作设计物理不可克隆功能的熵源。
这项研究将反涡流材料的范围扩大到多铁性钙钛矿氧化物，并为反涡流的铁电极化控制提供了潜在的机会。
图1：合成的2D ε-Fe2O3的晶体结构
图2：合成的2D ε-Fe2O3的磁涡旋结构
图3：将磁涡旋应用于PUFs的范例
综上，作者提出了一种在多铁性ε-Fe2O3中通过未对准颗粒的聚结来形成反涡流的方法。利用未对准的晶域抵消大的磁晶各向异性能量，从而稳定反涡旋的基态，克服了在微米尺寸样品中观察孤立反涡流的传统难题。
这项研究不仅将反涡流材料的范围扩展到了多铁性钙钛矿氧化物，为反涡流的研究和应用提供了新的材料选择，有助于开发新型多功能器件；还克服了磁晶各向异性和尺寸对反涡流生成的限制，为大规模制备反涡流提供了新方法。
未来，该研究成果有望应用于纳米功能器件、物理不可克隆函数（PUFs）、多功能器件等领域，具有广泛的应用前景。
Xue, W., Wang, T., Yang, H.et al. Stable antivortices in multiferroic ε-Fe2O3 with the coalescence of misaligned grains. Nat Commun16, 440 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-55841-x
（来源：网络 版权属原作者 谨致谢意）
