反铁磁自旋电子学

摘要：大数据、云计算和人工智能的发展要求新型存储器在保障高速和非易失性特点的同时，不断向更高密度、更低功耗方向发展。反铁磁材料因其无杂散场、内禀频率高、抗外磁场干扰等优势，成为超快、超高密度信息存储的重要发展方向，并有望应用于防范电磁威胁的高频电子器件。鉴于反铁磁净磁矩为零、对外磁场不敏感的特性，如何实现反铁磁磁矩的操控与探测成为当前自旋电子学领域的前沿和研究热点。我们利用磁耦合、电流和电场等手段操控了反铁磁磁矩翻转，并发展了多种电学方法实现了对反铁磁磁矩的有效探测。观测到反铁磁隧穿磁电阻效应和反铁磁层间耦合效应，实现了磁场操纵下室温反铁磁器件的电学读出；采用更加便捷高效的电流方式，在有局域空间反演破缺的反铁磁、反铁磁/重金属和人工反铁磁等异质结中实现了电流驱动磁矩翻转，拓宽了电学可操控的磁性材料类型。鉴于电场调控可有效降低器件功耗，利用交换弹簧和铁弹应变来增加电场操控的反铁磁层深度，实现了反铁磁金属的电场调控；基于线性反铁磁的局域空间反演破缺观测到反铁磁自旋霍尔效应，并利用所产生的面外自旋极化实现了相邻铁磁层的零场翻转。