【儀表網 研發快訊】非常規磁性是一類具有零凈磁矩卻展現出鐵磁特性的磁性，兼具反鐵磁和鐵磁性的優勢，在自旋電子學器件中具有重要應用前景。其中，交錯磁性作為一類典型的非常規磁性，可實現非相對論性自旋劈裂；而具有反常霍爾效應的反鐵磁體則允許通過電學方式讀取磁態信息。實現對這些非常規磁性特征(如自旋極化與反常霍爾效應)的精確調控，是發展反鐵磁存儲技術的關鍵。已有研究表明，滑移鐵電為此類調控提供了一種低能耗的途徑，但目前仍缺乏普適的材料設計策略。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心杜世萱研究組和南方科技大學劉奇航教授團隊合作，提出了適用于雙層堆垛體系的對稱性規則，用于實現滑移鐵電對非常規磁性(包括交錯磁性與補償亞鐵磁性)的調控。該規則基于連接不同堆垛雙層的操作，用于判斷鐵電極化是否與自旋極化或反常霍爾效應耦合。通過系統分析80個晶體層群，研究團隊篩選出所有可通過雙層堆垛實現滑移鐵電與非常規磁性耦合的層群。
結合第一性原理計算，團隊發現在交錯磁性雙層 AgF2 中，自旋極化和反常霍爾效應只能分別通過滑移鐵電進行獨立調控；而在交錯磁性雙層Fe2MoSe4和補償亞鐵磁性雙層CrI3中，則可實現兩者的同步調控。這種同步調控機制提供了一種有效手段，使得自旋極化的翻轉可通過更易測量的反常霍爾效應間接探測。本工作為設計非常規多鐵雙層體系和開發低功耗的反鐵磁自旋電子器件提供了通用策略。
以上工作以“Sliding Ferroelectric Control of Unconventional Magnetism in Stacked Bilayers”為題發表于Physical Review Letters 135, 056801 (2025), 物理所博士生朱勇乾(已畢業)為第一作者，中國科學院物理研究所杜世萱研究員和南方科技大學劉奇航教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部重點研發計劃、中國科學院、廣東省量子科學戰略專項、廣東省重點實驗室和深圳市科技計劃等項目資助。
圖 滑移鐵電調控堆垛雙層中非常規磁性的原理以及候選材料圖
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