近日，東南大學物理學院董帥教授課題組在磁電耦合領域理論研究中取得進展，相關成果以“Alterferroicity with seesaw-type magnetoelectricity”(具有蹺蹺板型磁電行為的變鐵性)為題發表于《美國科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。

磁性、電極性統稱為鐵性，是固體物質的最本質物理屬性之一，一直以來也是凝聚態物理的重要研究話題。從應用層面，磁性與電極性的耦合和交叉調控具有很高的價值，可用于構筑高速、節能、高集成度的信息器件。但磁性與電極性分別由不同的對稱性所決定，因此在固體中靜態條件下兩者并無直接關聯，甚至從量子起源上是互斥的。因此要實現本征的強磁電耦合效應頗具挑戰。過往三十年的研究將希望寄托于多鐵性材料，其中磁性與極性共存于同一相，因此存在實現高效磁電交叉調控功能的希望。但隨著研究者對磁電物理和多鐵性材料研究的深入，受限于磁電本身的不兼容與互斥性，多鐵性材料仍然難以實現理想的磁電耦合目標。

董帥教授課題組長期從事磁性與電極性物理的研究。在深入探索了多鐵性材料的物理機制后，他們從理論上預言了一類新型磁電性質—變鐵性(alterferroicity)。變鐵性材料不同于多鐵性材料，其具有的磁性和電極性盡管處于同一材料當中但不共存于同一相，猶如一枚硬幣的正面和反面，由此磁性與電極性互斥的矛盾得以解決。此外，變鐵性這一性質，將會帶來獨特的“翹翹板”式的磁電耦合。基于第一性原理計算，他們預測了一類二維的過渡金屬硫族化合物具備變鐵性質。這一工作對豐富鐵性材料家族以及磁電耦合機制的探索有著指導作用。

東南大學物理學院博士生王子文為論文的第一作者，董帥教授為通訊作者，東南大學為唯一單位。該工作受到國家自然科學基金項目支持，東南大學大數據計算中心提供了計算資源。