多铁性材料——同时具备两种或多种“铁性”（如铁电性、铁磁性）且相互耦合的材料——既是凝聚态物理和材料科学的前沿课题，也是下一代非易失存储器、低功耗逻辑器件和类脑计算的核心候选体系。然而，如何在单一相材料中实现室温下铁电-铁磁共存与强耦合一直是科学界的重大挑战。

氧化铪（HfO₂）基铁电材料因其良好的CMOS工艺兼容性、可三维集成等优势，已成为下一代先进信息器件的优选材料。与传统的钙钛矿铁电体不同，HfO₂的铁电性主要源于氧离子的位移，而非中心阳离子；这种独特的铁电机制，为在其基础上引入铁磁性、构筑多铁性提供了全新可能。

近期，本研究组选择特定元素Cr掺杂的HfO₂基铁电薄膜作为突破口，研制出具有铁电、铁磁强耦合的室温单相多铁材料。实验表明，Cr掺杂不仅有效稳定了HfO₂的铁电正交相，还成功诱导出铁磁性。室温下铁电性和铁磁性随着Cr掺杂浓度呈非单调变化，10%时铁电极化和磁化强度最大（图1a, 1b）。进一步研究发现，Cr掺HfO₂薄膜中铁电和铁磁强耦合，结合宏观电学测量和微观压电力显微镜表征，证实外加磁场可以增强铁电性（图1c, 1d）。估算的磁电耦合系数高达约100 V·cm^-1·Oe^-1，优于绝大多数已报道的室温单相多铁材料（图1e）。

该发现不仅拓展了HfO₂基材料的功能边界，也为开发与CMOS工艺兼容的磁电器件开辟了新路径。

相关工作以“Observation of room-temperature multiferroicity with strong magnetoelectric coupling in hafnia thin films”为题发表在Nature Communications（https://doi.org/10.1038/s41467-026-72456-y），实验室博士生张海义和卜海峰为该论文的共同第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队等项目的资助。

图1：(a) Cr掺杂氧化铪薄膜的室温铁电性，(b) Cr掺杂氧化铪薄膜的室温铁磁性，(c) Cr(10%):HfO₂和PbZr_0.52Ti_0.48O₃薄膜在磁场诱导下的铁电极化变化，(d) Cr(10%):HfO₂和PbZr_0.52Ti_0.48O₃薄膜在磁场诱导下的压电力显微镜振幅变化，(e) Cr(10%):HfO₂和已报道室温单相铁电材料的磁电耦合系数对比。