华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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中心用户清华大学功能薄膜材料研究团队在反铁磁自旋霍尔效应研究上取得进展

发布日期:2021-03-01    作者:     来源:     点击:

225日,《自然•材料》(Nature Materials)在线刊发了题为“Observation of the antiferromagnetic spin Hall effect”的论文。该成果是国家脉冲强磁场科学中心用户清华大学功能薄膜材料研究团队在反铁磁材料领域的最新研究成果,由清华大学、新加坡国立大学、兰州大学、北京工业大学、华中科技大学和香港科技大学等单位共同协作完成。清华大学材料学院潘峰教授、宋成副教授以及新加坡国立大学Hyunsoo Yang教授为论文共同通讯作者,中心朱增伟教授、博士生江山参与相关研究工作。

反铁磁材料因其不会产生静磁耦合、内禀频率高(太赫兹频段)和抗外磁场干扰等优势,在超快、超高密度信息存储和高频电子器件领域有广阔的应用前景。如果能通过操控反铁磁磁矩来调控其自旋霍尔效应,不仅可以丰富自旋霍尔效应的物理内涵,还可能为构建超快、超高密度、低功耗的信息存储器件提供新的契机。

1 Mn2Au/铁磁体系的零场翻转

该研究中,研究团队基于Mn2Au薄膜的局域空间反演对称性破缺,观察到面外自旋极化的自旋流,发现了反铁磁自旋霍尔效应,即可以通过操控反铁磁磁矩来实现自旋流的有效调控。同时,他们还利用所获得的面外自旋极化,实现了与Mn2Au相邻铁磁层的零场翻转。该研究结果有望成为提高第三代磁随机存储器(SOT-MRAM)工作效率的一种方案。

2 强磁场下Mn2Au的磁电阻

该研究利用脉冲强磁场设施提供的62T强磁场实验条件,测量了Mn2Au在不同强磁场下的磁电阻。结果表明,Mn2Au的磁电阻在30T磁场下几乎不变,磁场从30T增加到62T时仅减小0.8%(可能是自旋翻转导致),表现出了非常好的稳定性。

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。


论文链接:https://dx.doi.org/10.1038/s41563-021-00946-z