中国科学技术大学精准智能化学全国重点实验室、合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院的理论与计算研究团队，在二维多铁交变磁理论研究方面取得重要进展。研究团队基于对称性原理，系统揭示了二维材料中交变磁性、铁弹性和面外铁电性协同共存的物理条件，提出并验证了三铁交变磁性（altriferroicity）理论框架。相关研究结果以《Symmetry-Driven Multiferroic Altermagnetism in Two-Dimensional Materials》为题，于2026年1月发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。
交变磁性是近年来凝聚态物理领域备受关注的新型磁有序态。其自旋呈共线反平行排列，宏观净磁矩为零，却能在不依赖自旋-轨道耦合的情况下产生动量依赖的自旋分裂，在自旋电子学和谷电子学应用中具有显著优势 。同时，铁电性和铁弹性作为重要的物理自由度，为调控材料物性提供了电场与应力手段 。然而，如何在二维体系中实现交变磁性与多铁性的协同共存及相互耦合，此前一直缺乏统一的理论指导 。
针对这一关键科学问题，研究团队从自旋点群与晶体点群的对称性匹配出发，深入分析了二维材料中交变磁性、铁弹性和铁电性的对称性约束。研究发现，在所有可能的二维对称性中，仅有四类点群能够满足上述三种铁性特征同时存在的条件。
图1 二维材料（a）铁弹性、（b）铁电性、（c）交变磁性和（d）三铁交变磁性的对称性理论框架
基于此理论框架，研究团队通过第一性原理计算，在Fe2WS2Se2单层及半氟化铬基金属有机框架（MOFs）等材料中成功验证了该设计思路 。研究结果表明，在这些体系中，交变磁性、铁电性与铁弹性之间存在强烈的自旋-晶格-电荷耦合 。通过外加电场切换铁电极化方向或施加应变改变铁弹状态，可以实现对自旋分裂能带及谷极化特征的有效调控 。
图2 三铁交变磁材料（a）Fe2WS2Se2和（b）半氟化金属有机框架
该研究不仅定义了“三铁交变磁性”这一新型多功能量子态，还为设计高性能、多场调控的二维自旋电子学器件提供了清晰的理论路线图。
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学国家高层次人才培养中心博士生车沂轩与未来技术学院博士生郭雨航为论文共同第一作者，武晓君教授和吕海峰副研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、科技部国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c16402