东南大学物理学院董帅教授、张骏杰副研究员团队在变铁性物理与应用方面取得进展

近日，东南大学物理学院董帅教授、张骏杰副研究员团队在变铁性材料物理与应用方面取得进展，相关研究成果以“基于变铁性材料设计高性能真随机数发生器”（Autferroics-based true random number generators with enhanced performance）为题发表在物理学领域知名刊物《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

多铁材料兼具磁性与电极性，在信息存储、传感和低功耗器件等领域具有重要应用前景，但两者在对称性和微观机制上的内在竞争长期制约着强磁电耦合的实现。针对这一问题，董帅教授团队前期提出了“变铁性”（alterferroicity或autferroicity）概念 [PNAS 120, e2305197120 (2023)]，其核心在于磁性与铁电态分别稳定于同一体系的不同相中，并通过“跷跷板”式相互排斥实现强磁电耦合。随后，研究团队进一步提出了变铁性的朗道理论框架，统一描述了单铁性、多铁性与变铁性，并揭示其形成条件及强磁电耦合机制 [Phys. Rev. Lett. 134, 216801 (2025)]。

针对变铁性体系中的“跷跷板”式磁电耦合，研究团队探索了其在真随机数发生器中的应用。传统磁性真随机数发生器通常通过降低翻转能垒来提高热驱动翻转速率，但这往往会削弱状态稳定性和电信号可读出性。研究团队发现，变铁性中的磁电耦合能够重塑势能面，并有效降低铁性态之间的翻转能垒，同时保持较高的电信号可读性，从而提升真随机数发生器的工作性能。此外，变铁性真随机数发生器还可拓展至四进制随机编码，并进一步用于概率逻辑计算，为随机信息处理提供新的物理自由度，有望减少部分随机计算电路所需的器件与逻辑单元数量。

本文第一作者为东南大学物理学院张骏杰副研究员，董帅教授和美国莱斯大学Boris Yakobson教授为共同通讯作者，东南大学物理学院为第一单位。该工作研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金与东南大学大数据计算中心等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/8vd7-ffng

供稿：张骏杰

审核：苗霖