科學(xué)島團(tuán)隊(duì)提出基于籠目量子磁體的自旋閥新機(jī)制

2025-03-28 11:59:46中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)究院作者：許錫童閱讀量：23363      我要評(píng)論

　　近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心低功耗量子材料研究團(tuán)隊(duì)屈哲研究員、許錫童項(xiàng)目研究員與組合顯微測(cè)試系統(tǒng)孟文杰副研究員，及中國(guó)臺(tái)灣成功大學(xué)張?zhí)╅沤淌诘群献?，提出在塊材籠目單晶中實(shí)現(xiàn)自旋閥效應(yīng)的新機(jī)制，并成功演示了基于籠目量子磁體TmMn6Sn6的微自旋閥原型器件。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際期刊Nature Communications。

　　自旋閥器件廣泛應(yīng)用于磁性傳感中，主要由鐵磁層/非磁間隔層/鐵磁層三層薄膜構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)通過(guò)調(diào)控鐵磁層間的相對(duì)磁取向改變自旋散射強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)(GMR)。然而，這種三明治結(jié)構(gòu)的自旋閥器件需通過(guò)原子級(jí)平整的外延生長(zhǎng)、濺射沉積，或范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的精確機(jī)械堆疊來(lái)實(shí)現(xiàn)，工藝復(fù)雜且對(duì)穩(wěn)定性要求極高。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出利用籠目螺旋磁體中的層間阻挫磁相互作用實(shí)現(xiàn)自體自旋閥效應(yīng)的新機(jī)制：外加磁場(chǎng)可將籠目螺旋磁體調(diào)控到一種特殊的平行多疇?wèi)B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)類似于傳統(tǒng)自旋閥中人工多層膜結(jié)構(gòu)的磁疇構(gòu)型。按照這一思路，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了基于籠目螺旋磁體TmMn6Sn6的介觀器件，通過(guò)輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其具有超過(guò)160%的GMR效應(yīng)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置超導(dǎo)磁體SM2搭載的磁力顯微鏡(MFM)系統(tǒng)進(jìn)行磁疇成像，獲得了該自旋輸運(yùn)效應(yīng)來(lái)自平行疇散射的直接證據(jù)。理論模型揭示了籠目螺旋磁體中自旋閥效應(yīng)具有高度可調(diào)控特性。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)自旋閥的復(fù)雜薄層結(jié)構(gòu)限制，為發(fā)展基于量子磁體的低功耗自旋電子器件提供了新思路。

　　該工作以“Giant self spin-valve effect in the kagome helimagnet”為題，于2025年3月17日在線發(fā)表于Nature Communications上，許錫童、劉永來(lái)博士、趙科森博士、林哲民博士為本文共同第一作者，許錫童、孟文杰、張?zhí)╅藕颓苁潜疚牡墓餐ㄓ嵶髡?。該工作得到了?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院建制化科研平臺(tái)項(xiàng)目、安徽省重大專項(xiàng)、安徽省杰青等項(xiàng)目的支持。

　　圖 (a)基于籠目螺旋磁體的自旋閥效應(yīng)示意圖；(b)籠目螺旋磁體TmMn6Sn6在磁場(chǎng)下MFM成像；(c)電流平行于樣品螺磁軸時(shí)的非對(duì)稱磁阻，巨磁阻效應(yīng)的幅值可達(dá)160%以上；(d)電流垂直螺磁軸時(shí)的非對(duì)稱磁阻。

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