1月7日，《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology，影响因子37.49）在线发表了题为“A Piezoelectric, Strain-Controlled Antiferromagnetic Memory Insensitive to Magnetic Fields”的论文。该成果是国家脉冲强磁场科学中心用户北京航空航天大学刘知琪教授团队在反铁磁记忆器件领域取得的最新研究进展。北京航空航天大学刘知琪教授为通讯作者，中心朱增伟教授参与相关工作。

近年来，反铁磁自旋电子学发展迅速，是磁性材料的前沿研究领域之一。相比目前硬盘中所使用的铁磁材料，利用反铁磁材料进行信息存储有两大潜在优势：能抵抗外磁场干扰（即数据不会有“消磁”的隐患）以及数据写入速度可以提升1000倍以上。反铁磁自旋电子学的核心是如何有效操控反铁磁材料的自旋态。前期的研究主要采用电流产生的自旋-轨道力矩来实现自旋轴的转动，在强磁场下，电流感受到强大的洛伦兹力会产生偏折，从而使得数据擦/写效果大打折扣，因此很难发挥反铁磁材料抵抗磁场的优势。此前，刘知琪教授团队使用电场产生的压电应力，实现了对反铁磁材料自旋结构的有效调控（Nature Electronics 1, 172 (2018)）。

图1 基于MnPt的反铁磁记忆器件的电阻态在超强脉冲磁场下的响应

近日，刘知琪教授团队和朱增伟教授合作，利用脉冲强磁场实验装置提供的60T脉冲强磁场，测试了反铁磁材料MnPt在超强脉冲磁场下的响应，实现了可抵抗超强磁场并具有超低功耗的反铁磁记忆器件。该研究团队通过将MnPt纳米薄膜生长在铁电单晶材料PMN-PT上，采用电场操控的压电应力对MnPt的自旋轴和电阻进行了非易失性调控，先是在9T和14T磁场下证实了这种器件制成的硬盘可以完全抵抗外界磁场，然后在此基础上测试了MnPt在60T磁场下的响应，发现其电阻态在60T下几乎不变化（~0.1%）（图1），从而证实了这种记忆器件的数据态即使在60T超强磁场下也不会产生“消磁”效应，将反铁磁材料抵抗磁场的优势推向了极致。同时，基于压电应力对MnPt薄膜中反铁磁自旋轴的调控，研究团队还制备出了反铁磁隧道结器件，在室温下实现了11.2%的电阻调控（图2），从而克服了之前的反铁磁隧道结很难在室温下工作的不足，并将这种新型器件向高密度集成方向推进了重要的一步。

图2 电场操控的MnPt反铁磁隧道结

该项研究得到了国家自然科学基金中国-爱尔兰合作研究项目、优秀青年科学基金项目和北京航空航天大学青年拔尖人才计划等资助。

新闻来源：https://news.buaa.edu.cn/info/1002/47398.htm

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41565-018-0339-0