科研动态

我院徐晓光教授研究团队在自旋电子器件领域取得新进展

近年来，我院徐晓光教授带领的研究团队在磁电子材料与器件领域开展了一系列研究工作。最近徐晓光教授、姜勇教授带领的研究组与合作者在自旋电子器件及其物理原理研究中再次取得重要的研究进展，相关研究工作发表在国际著名学术期刊“Nature Communications”《自然-通讯》。

随着大数据和人工智能时代的到来，信息存储和处理器面临着日益严峻的挑战。高密度、低功耗、长寿命的新型存储和逻辑器件成为当前自旋电子学领域的研究重点课题。然而，传统的磁电子器件需要外磁场来操控自旋，这严重制约着器件的密度、能耗和稳定性。自旋轨道矩（SOT）效应的发现为电流操控自旋提供了一个有效的解决途径，因此，近年来科研工作者致力于发展零磁场下操纵自旋极化方向的纯电学解决方案。例如：引入交换偏置场代替外磁场辅助翻转；利用两种自旋霍尔角相反的重金属产生的竞争自旋流实现无外磁场翻转；产生面外方向自旋极化自旋流实现无外磁场翻转。然而这些方案所需的反铁磁金属层不可避免地存在分流作用，从而严重影响了器件的能效。可见，如何在高效利用操控电流的同时实现零场磁矩翻转是自旋电子领域亟待解决的难题。

徐晓光教授、姜勇教授课题组与合作者在电流诱导磁矩翻转的自旋电子器件领域开展了深入的研究工作。团队采用实验和理论相结合的研究手段，利用衬底应力调控NiO薄膜奈尔矢量方向，诱导面外方向自旋极化的自旋流，进而基于自旋轨道力矩效应操控电子自旋，实现了零磁场下的磁矩翻转。这是一种利用反铁磁绝缘体/重金属界面诱导面外极化自旋流的新机制。该器件对纯电学操控的自旋电子器件的研发有重要的借鉴作用，在新型信息存储与处理器领域有广阔的应用前景。目前这一工作已发表在国际著名学术期刊“Nature Communications”（2023，14：2871）。

图1：零磁场下电流驱动磁矩翻转及磁光克尔图像。

该研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金委等资助。