清華大學Nature Materials：電場調控反鐵磁自旋軌道力矩效應

Alisa 4年前 (2019-07-09) 4746瀏覽

【背景介紹】

電控磁效應是一種利用電場調控材料磁學特性的技術手段，有望顯著降低信息存儲與處理的功耗；反鐵磁材料因其不會產生靜磁耦合、內稟頻率高（太赫茲頻段）和抗外磁場干擾等優勢，是進一步提高信息存儲密度的潛在有效途徑。將二者結合，通過電場調控反鐵磁的磁各向異性，成為下一代高密度、低功耗信息存儲與處理的研究焦點和重要的發展方向。

【成果介紹】

清華大學功能薄膜材料研究團隊經過多年努力，利用高性能鐵電基片和具有自旋軌道力矩效應的反鐵磁材料Mn₂Au構造鐵電/反鐵磁異質結，成功實現電場調控反鐵磁自旋軌道力矩效應。在電場驅動下，來自鐵電基片的鐵彈應變（ferroelastic strain）驅動Mn₂Au反鐵磁薄膜的單軸磁各向異性在面內翻轉90°，使異質結的平面霍爾電阻呈現出不同的電阻狀態，具有良好的循環性。借助于所獲得的單軸磁各向異性，首次觀察到非對稱的自旋軌道力矩翻轉（spin-orbit torque switching）現象：反鐵磁磁矩從難軸翻轉到易軸時臨界電流密度相對小，表現為單次跳變式的一步翻轉，而從易軸翻轉到難軸時對應多次跳變式的多疇翻轉。基于非對稱的自旋軌道力矩翻轉信號提出了反鐵磁棘輪（antiferromagnetic ratchet）的概念，實現了電場作用下磁矩的翻轉信號與反鐵磁棘輪行為的可逆調控。

相關結果2019年7月8日在線發表于《自然?材料》，清華大學潘峰教授和宋成副教授為論文通訊作者，清華大學博士生陳賢哲、周效楓和美國加州大學河濱分校的Ran Cheng博士為共同第一作者，華中科技大學的張佳副教授、清華大學趙永剛教授以及于浦教授團隊的李好博博士等為共同作者。

【圖文解讀】

圖1 鐵彈應變調控反鐵磁磁矩的示意圖