近日，我校许小红教授、薛武红教授及其合作者在磁反涡旋的生成及应用方面取得了新进展，以“Stable antivortices in multiferroic ε-Fe2O3 with the coalescence of misaligned grains”为题，在国际知名期刊《Nature Communications》上发表，这是2025年以我校为第一完成单位在《Nature》系列期刊上发表的首篇研究论文。

涡旋和反涡旋是广泛存在于自然界中的拓扑孤子，涉及的物理现象从黑洞、龙卷风到晶体中的螺位错等，具有重要的研究价值。自旋排列也能形成拓扑磁涡旋或反涡旋，这些结构不仅在基础研究中具有深远意义，也广泛应用于自旋电子学、数据存储等领域。磁涡旋的研究已揭示出其独特的物理性质，如陀螺旋转、极性反转和核运动等，使其成为下一代磁数据存储和自旋电子器件的潜力候选者。然而，与磁涡旋相比，磁反涡旋的研究进展较为缓慢，主要受到其高能量障碍和不稳定性的制约，尤其是在材料尺寸和磁晶各向异性方面的挑战。传统上，磁反涡旋的形成依赖于纳米级尺寸和近零磁晶各向异性，但这些要求限制了其广泛应用。

许小红教授团队通过化学气相沉积技术，成功制备了截角三角形的多铁性ε-Fe2O3多晶体，并利用晶粒的错位拼接克服了大磁晶各向异性带来的挑战。这一创新方法实现了在微米级尺寸范围内（2.9至16.7 µm）稳定生成孤立磁反涡旋。通过巧妙设计，研究人员在这些材料中成功稳定了反涡旋的基态，且无需施加外部磁场。此外，该研究还利用反涡旋核的极性不可预测性，为设计物理不可克隆函数提供了新的思路（图1）。通过这一方法，研究者不仅扩展了反涡旋材料的范围，还推动了多铁性钙钛矿氧化物在自旋电子学中的应用，尤其是对于反涡旋铁电极化控制的探索，为未来的低能耗、自旋电子器件提供了新的技术路径。

通过这一研究，团队不仅克服了传统磁反涡旋在二维磁性材料中生成的困难，也为自旋电子器件的微型化和低能耗发展提供了新的理论支持和实验依据。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。（来源：科技部 化学与材料科学学院）

磁反涡旋应用于物理不可克隆函数（PUF）的功能演示