近日，beat365官方网站凝聚态物理與材料物理研究所、人工微結構與介觀物理國家重點實驗室楊金波教授與羅昭初研究員課題組在室溫範德華鐵磁材料Fe₃GaTe₂與重金屬Pt的異質結中，觀測到了電流誘導的高效自旋力矩，并通過設計對稱性破缺的幾何結構實現了無磁場輔助的電流驅動磁化翻轉過程。相關成果以“室溫範德華磁體中高效的電流誘導自旋力矩與無場磁化翻轉”（Efficient current-induced spin torques and field-free magnetization switching in a room-temperature van der Waals magnet）為題，于2023年12月8日在線發表于《科學·進展》（Science Advances）。

範德華材料中磁性的發現為新興自旋電子學現象的研究提供了獨特的材料平台。特别地，由于其沒有懸空化學鍵的幹淨界面，範德華磁體有望構建優越的界面，從而可以有效地對磁性進行電操控。盡管人們進行了多次嘗試，但上述電操控過程通常需要低溫條件與外部磁場的輔助，并不利于實際應用。

在這項工作中，研究團隊制備了高質量室溫鐵磁性Fe₃GaTe₂/重金屬異質結，并研究了電流誘導的自旋力矩效應（圖1）。電流誘導的自旋力矩可以促進或抑制Fe₃GaTe₂中的磁疇壁運動，具有高自旋力矩效率（45.5 Oe MA^-1cm²）。不僅如此，可以在室溫下以相對較低的翻轉電流密度（4.8 MA cm^-2）實現垂直磁化的完全翻轉。研究團隊還通過部分覆蓋Fe₃GaTe₂的一側邊緣設計了不對稱的器件幾何結構，并觀測到了由于額外的面外極化自旋流産生的無場磁化翻轉操作。工作揭示了Fe₃GaTe₂/重金屬異質結在低功耗、可靠與可擴展的自旋電子器件中應用的可能性。

圖1範德華磁體Fe₃GaTe₂/重金屬異質結與電流驅動無場磁化翻轉

這項工作驗證了構築高效、可靠且可擴展的範德華自旋電子學器件的可能。鑒于該工作的實驗現象與理論解釋，強調了範德華材料的潛力以及它們與先進的自旋電子技術的兼容性，可以研究基于全範德華室溫自旋電子學器件的完全翻轉與無磁場翻轉的同時實現，以提高範德華磁體的競争力。

beat365官方网站“博雅”博士後贠超、2023級博士研究生郭浩然為共同第一作者；beat365官方网站楊金波教授、羅昭初研究員、贠超博士和beat365材料科學與工程學院侯仰龍教授為該論文共同通訊作者。其他主要合作者還包括beat365材料科學與工程學院彭麗聰研究員、南京航空航天大學李偉偉教授以及南開大學甯帥副研究員等。

上述研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等支持。

論文原文鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3955