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一、【導讀】

反鐵磁體是所有磁性有序材料中最豐富的，通常由兩個或多個磁性子晶格組成，這些磁子晶格的排列方式使凈磁化消失。盡管反鐵磁體一直被用作磁隧道結（MTJ）中的輔助交換偏置材料，但近年來反鐵磁性自旋電子學的出現為其在自旋電子學器件中作為關鍵功能材料開辟了多種可能性。反鐵磁體的反鐵磁交換耦合使得其具有超快太赫茲（THz）自旋動力學；近乎為零的雜散磁場使得反鐵磁自旋電子器件可以緊密封裝，而無需使用非磁性間隔物。這些特性使它們成為下一代皮秒響應和高密度信息載體的理想候選者。然而，大多數基于相對論各向異性磁阻機制的反鐵磁性自旋電子器件在室溫下表現出非常小（~0.1%）的電信號輸出，這在很大程度上阻止了反鐵磁體在實際信息設備中的應用。

二、【成果掠影】

近日，北京航空航天大學劉知琪教授、蔣成保教授聯合華中科技大學張佳副教授以及中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所曾中明研究員共同描述了共線反鐵磁體MnPt和非共線反鐵磁Mn₃Pt之間的室溫交換偏置效應，它們一起類似于鐵磁體-反鐵磁體交換偏置系統。隨后使用這種奇異效應來構建具有大的非易失性室溫磁阻值的全反鐵磁隧道結，其非易失性室溫磁阻值最大約為100%。原子自旋動力學模擬表明，MnPt界面處無補償的局域自旋產生了交換偏置。第一原理計算表明，顯著的隧穿磁阻源于動量空間中Mn₃Pt的自旋極化。全反鐵磁隧道結器件，其雜散場幾乎消失，自旋動力學增強到太赫茲水平，可能對下一代高集成和超快存儲設備至關重要。相關研究成果以題為“Room-temperature magnetoresistance in an all-antiferromagnetic tunnel junction”發表在知名期刊Nature上。

三、【圖文導讀】

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圖一、AATJ器件示意圖 ? 2023 Springer Nature

圖二、共線反鐵磁體與非共線反鐵磁體之間的交換耦合 ? 2023 Springer Nature

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圖三、室溫下運行的AATJ ? 2023 Springer Nature

圖四、AATJ的TMR理論計算 ? 2023 Springer Nature

四、【總結展望】

綜上，研究人員描述了共線和非共線反鐵磁體之間的交換偏置效應，理論研究發現是由MnPt中未補償自旋和Mn₃Pt中自旋之間的界面交換相互作用引起的。基于這種奇異效應開發的AATJ器件能夠實現類似于傳統鐵磁隧道結的大室溫非易失性TMR。TMR效應源于非共線反鐵磁體Mn₃Pt費米表面的自旋分裂。考慮到非共線反鐵磁體表現出可忽略的雜散場和高達太赫茲的超快自旋動力學，這種類型的AATJ可以促進反鐵磁體作為高集成皮秒響應信息設備的核心元件的應用。此外，非共線反鐵磁體的動量空間中的自旋分裂可以產生大的TMR還得到了實驗驗證。

文獻鏈接：Room-temperature magnetoresistance in an all-antiferromagnetic tunnel junction (Nature 613, 485-489 (2023))

本文由賽恩斯供稿。