反鐵磁材料因其獨特的自旋動力學特性（如無雜散場、抗磁干擾、超快響應等），在下一代自旋電子器件的應用中具有巨大潛力。特別是在籠目（kagome）結構材料中，反鐵磁序與獨特的晶格幾何阻挫特性相結合，展現出一系列引人注目的物理現象，例如反?；魻栃?、拓撲霍爾效應以及自旋密度波等。與鐵磁系統(tǒng)相比，反鐵磁系統(tǒng)中磁各向異性的有效調控是個極具挑戰(zhàn)性的難題。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心高鴻鈞研究員帶領的聯(lián)合研究團隊，對新型籠目金屬GdTi3Bi4開展了系統(tǒng)性深入研究。通過極低溫磁力顯微術與矢量磁場調控技術，他們首次實現了溫度誘導的磁各向異性軸可控分岔轉變，并揭示了由此產生的雙向反鐵磁序及其調控機制。其主要創(chuàng)新性工作包括：1. 實現了溫度調控的磁各向異性軸分岔轉變，發(fā)現了在約2K處，材料的易磁化軸從高對稱性的a軸分岔為兩個偏離a軸±7°的特定方向，同時伴隨雙向反鐵磁疇的形成。2. 發(fā)展了基于矢量磁場的雙向反鐵磁序探測與操控方法，實現了面內反鐵磁疇取向的可控切換，揭示了面內反鐵磁疇的調控機制是矢量磁場改變各向異性軸之間的能量競爭關系。3. 構建了GdTi3Bi4材料的溫度-磁場相圖，揭示了磁疇演化規(guī)律及相界演化特征。

該項研究首次在kagome反鐵磁體中實現了磁各向異性軸的可控分岔及伴隨的雙向反鐵磁序，并建立了有效的調控手段。該研究成果深化了對反鐵磁材料中磁各向異性與磁序耦合機制的理解。更為重要的是，他們通過操控磁各向異性分岔行為實現對反鐵磁序的精確控制，為開發(fā)基于反鐵磁材料的新型、高性能信息存儲和邏輯器件提供了新原理并奠定實驗基礎。

相關研究成果以“Tunable bifurcation of magnetic anisotropy and bi-oriented antiferromagnetic order in kagome metal GdTi3Bi4”為題，發(fā)表于2025年6月5日的Physical Review Letters上。物理所郭劍鋒（博士后）、朱詩雨（副研究員）、博士生周潤農和王汝文為共同第一作者；朱詩雨副研究員、楊海濤研究員、復旦大學肖江教授和高鴻鈞研究員為共同通訊作者。物理所博士王汝文和楊海濤研究員提供了高質量GdTi3Bi4單晶，復旦大學肖江教授進行了理論計算與模擬，物理所程金光研究員和董曉麗研究員的團隊參與了該項研究工作。該項目得到了國家自然科學基金、科技部、北京市科委和中國科學院等支持。

圖. (a) “量子交通燈”調控磁各向異性；(b) 矢量場調控與相圖；(c) 磁性分岔轉變原理及其伴隨產生的雙向反鐵磁疇結構。

編輯：亦山