近日，北京量子信息科学研究院（简称“量子院”）拓扑和二维材料团队利用栅压调控的固态锂离子插层技术，成功实现对室温铁磁体Fe₃GaTe₂磁结构的原位可控调制，发现其表现出显著的层厚依赖性。这一厚度效应的根源在于锂离子的有效插层深度约为20 nm。2026年7月3日，相关研究成果以“锂插层诱导二维Fe₃GaTe₂层厚依赖的磁结构转变”（Lithium-Induced Thickness-Dependent Magnetic Structure Transition in 2D Fe₃GaTe₂）为题，发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。

二维磁性材料为磁电耦合与自旋电子学研究开辟了新途径，其中室温二维铁磁材料Fe₃GaTe₂ 因具有高居里温度、强垂直磁各向异性以及可承载斯格明子自旋纹理等优异特性，被视为高密度信息存储与自旋电子器件的有力候选材料。然而，如何对其铁磁态进行精确、非易失的调控仍是制约其应用的关键瓶颈。固态锂离子插层作为调控载流子浓度与晶体结构的一种有效手段，已在FeSe、CrGeTe₃等体系中催生了诸多新奇物性；理论亦预言锂插层可在薄层Fe₃GeTe₂中引入反铁磁层间耦合。然而，关于锂插层对Fe₃GaTe₂ 磁性的实验调控及其背后的微观机制，此前尚属空白。

研究表明，锂离子插层能够显著改变样品的磁性状态，其有效插层深度约为20 nm。实验结果显示，该调制效应呈现出明显的厚度依赖性（图1）。对于厚度在20 nm以下的薄层样品，锂离子倾向于实现完全插层，导致其矫顽场显著下降，并伴随新型铁磁与反铁磁态的形成；而对于厚度大于20 nm的厚层样品，由于受限于插层深度，仅能实现垂直方向的部分插层，进而自组装形成“锂插层区/本征态区”的垂直异质结结构。这种新生成的垂直结构使得厚层样品的矫顽场增加，并产生交换偏置效应。例如，在60 nm厚的样品中，随着锂离子注入，其矫顽场从约0.3 T显著增加至约1 T，同时观测到最大约0.3 T的交换偏置作用。

Fe₃GaTe₂具有室温铁磁性与丰富的微观磁结构。利用磁力显微镜（MFM），研究团队在室温下原位观测了锂离子注入前后Fe₃GaTe₂不同厚度样品的磁畴结构演化（图2），为上述电输运结果提供了直观的微观物理图像。对于厚度为40 nm和50 nm的样品，锂离子注入后磁畴结构发生了显著改变：其中40 nm样品的多磁畴结构完全消失，转变为类似于30 nm以下薄层样品的单磁畴态；而50 nm样品的磁畴则部分消失，体现出局域性改变。此外，室温静置（离子扩散）与退火处理均能使磁畴结构产生显著变化，表明锂离子的注入及内部扩散过程对磁结构具有极强的调制作用。而对于更厚的样品，受限于锂离子的穿透深度，注入后未观测到明显的微观磁结构变化。上述MFM观测结果证实，锂离子能够显著改变薄层样品的微观磁结构，且在薄层Fe₃GaTe₂内部的有效插层深度约为20 nm。这一微观磁学证据与电输运测试结论高度吻合。