近日，浙江大学陆赟豪教授课题组联合中国科学院物理研究所、香港理工大学、东方理工高等研究院等单位的研究团队在 Physical Review Letters 发表题为 “Interlayer Self-Doping Multiferroics” 的研究论文，提出了一种实现二维多铁性的新机制——层间自掺杂多铁。该工作从能带填充与磁有序竞争关系出发，揭示了范德华双层体系中铁电性可由层间电荷重分布过程产生，为设计高温、强磁电耦合的二维多铁材料提供了新的理论框架。

多铁材料因同时具有铁电序和磁序，在低功耗存储、自旋电子学和多功能纳米器件中具有重要应用前景。然而，现有多铁体系仍受到多方面限制：第I类多铁材料中铁电性与磁性通常来源不同，磁电耦合相对较弱；第II类多铁材料虽具有更强的磁电耦合，但铁电极化往往由特定磁结构诱导，相关机制通常依赖自旋轨道耦合，因而容易受到极化强度有限、相变温度偏低等问题制约。此外，在二维极限下同时保持稳定铁电序和磁序仍是多铁材料设计中的重要挑战。

该研究提出的层间自掺杂机制为突破这一瓶颈提供了新的思路（图1）。研究指出，在一类处在磁性相竞争边界附近的二维过渡金属化合物中，能带填充的微小变化就可能改变铁磁序和反铁磁序的相对稳定性。将两个这样的单层堆叠成同质双层后，体系会倾向于自发发生层间电荷转移：一层相当于发生空穴掺杂，局域化电子特征增强，有利于形成反铁磁序，另一层等效于电子掺杂，巡游载流子增加，趋向稳定铁磁序。由此，层间电荷不对称分布会打破上下层等价性，诱导面外电极化。

图1 层间自掺杂多铁设计策略示意图。

这一机制的关键在于，铁电极化与层选择性的磁有序并非相互独立，而是共同源于层间自掺杂过程。因此，材料中的铁电序和磁序具有内禀耦合关系（图2）：翻转面外极化方向时，两层的磁有序构型也会随之互换。这使其区别于传统的第I类多铁材料；同时，由于该机制不依赖自旋轨道耦合，也不同于常见的第II类磁致多铁材料。

图2 层间自掺杂多铁的极化翻转示意图。

研究团队进一步通过第一性原理计算，在双层CrTe2和双层FeTe中验证了这一机制。结果显示，这类范德华双层体系可以自发形成一层反铁磁、一层铁磁的磁有序态，并表现出可电场调控的磁电耦合特征。其中，双层CrTe2的多铁行为被预测可在室温附近甚至更高温度下保持稳定，显示出面向实际器件应用的潜力。

相比传统多铁材料，层间自掺杂多铁体系具有几个突出特点：其一，铁电性和磁性由同一电荷重分布过程共同驱动，磁电耦合更为直接；其二，机制不依赖强自旋轨道耦合，因此材料选择范围更广；其三，范德华二维结构天然适合栅压调控和器件集成，有望在超薄极限下实现可逆磁电开关。

该工作不仅提出了一类新的多铁物理机制，也为寻找室温二维多铁材料提供了明确的材料设计原则。未来，围绕层间电荷转移、磁序重构、衬底调控和电场翻转动力学的实验研究，有望进一步推动二维多铁材料在低功耗电子学和自旋电子学中的应用。 

论文第一作者为浙江大学物理学院博士研究生钟淑琳，第二作者为中国科学院物理研究所田大铖博士；通讯作者包括香港理工大学杨声远教授、中国科学院物理研究所陈岚教授、东方理工高等研究院魏苏淮教授和浙江大学物理学院陆赟豪教授。该研究得到了科技部重点研发计划、浙江省自然科学基金等项目资助。

论文信息：Shulin Zhong, Dacheng Tian, Shengyuan A. Yang, Lan Chen, Su-Huai Wei, Yunhao Lu, “Interlayer Self-Doping Multiferroics,” Physical Review Letters 136, 226703 (2026). DOI: 10.1103/7np8-d5jp.

论文链接：Interlayer Self-Doping Multiferroics | Phys. Rev. Lett.