中国科学院提出基于界面自旋极化的第三类反铁磁隧道结理论

目前，基于铁磁相FeₙXTe₂（X=Ge、Ga）的二维范德华磁性隧道结已在实验中实现。借鉴现有制备工艺，通过引入Co元素掺杂，有望构建基于反铁磁相(Fe,Co)ₙXTe₂的AFMTJ原型器件。这类A型反铁磁材料通常支持非对称自旋轨道力矩和面内方向的奈尔自旋流等特性，为实现奈尔矢量与反铁磁畴的高效电学调控提供了物理基础，保障了器件的快速、低功耗写入能力（图4）。

该研究工作不仅在交换偏置之外揭示了反铁磁材料的另一类重要界面效应，更打破了“缺乏体效应即无应用价值”的传统认知，为拓展反铁磁材料在自旋电子学中的应用边界提供了全新视角。研究不仅为开发不依赖特定体效应的通用型反铁磁器件提供了理论支撑，也为未来构建更高速、更高密度、更稳定的信息器件开辟了切实可行的技术路径。

针对该研究工作，量子材料理论专家、芬兰阿尔托大学Jose Lado教授与二维材料与器件实验专家、瑞典查尔姆斯理工大学Saroj P. Dash教授在同期Newton期刊上发表了题为《反铁磁未补偿界面为范德华异质结带来了全新机遇》的评述文章，对该工作给予高度评价，指出该研究“为自旋电子技术提供了新的设计范式（offering new design principles for spintronic technologies）” 。

固体所博士研究生杨柳、蒋媛媛为论文共同第一作者，固体所邵定夫研究员、郭潇妍博士及内布拉斯加-林肯大学Evgeny Y. Tsymbal教授为论文共同通讯作者。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院建制化科研平台项目、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.newton.2025.100142

评述链接：https://doi.org/10.1016/j.newton.2025.100193

图1. (A-C) 反铁磁隧道结的三种基本类型；(D-G) 不同反铁磁结构允许的自旋极化输运特性（体效应）；(H) A型反铁磁体未补偿的界面磁矩支持具有宏观自旋极化的隧穿电流。

图2. 自旋简并的A型范德华反铁磁体Fe₄GeTe₂及其界面自旋极化。

图3. Fe₄GeTe₂/BN/Fe₄GeTe₂反铁磁隧道结的隧道磁阻。

图4. 基于界面效应的第三类反铁磁隧道结的读写方案示意图。