近日，我院王澜教授带领的低维磁性与自旋电子器件研究团队在Nature Materials（译名《自然材料》）上发表题为“Beyond moiré in twisted two-dimensional magnets”的News & Views评述文章（https://www.nature.com/articles/s41563-023-01762-3），评述了Nature Materials同期发表的“Multistep magnetization switching in orthogonally twisted ferromagnetic monolayers”研究工作，展望了这一领域的未来研究方向：包括正交扭曲的范德华磁性超晶格的磁畴动力学、磁光效应、门控磁阻、磁子传播、自旋—轨道耦合和微波驱动的磁共振等。合肥工业大学是该评述文章的唯一作者单位。

图1 王澜教授评述文章发表在Nature Materials上。

最近，王澜教授带领研究团队又在范德华磁性晶体宏观量子现象：庞磁电阻效应（Colossal Magnetoresistance, CMR）的电学调控研究取得了新进展，相关研究结果以“Electrically tunable, rapid spin-orbit torque induced modulation of colossal magnetoresistance in Mn₃Si₂Te₆ nanoflakes”为题发表在著名期刊Nano Letters（译名《纳米快报》）上。

图2 该成果刊登在凝聚态物理学科方向著名期刊Nano Letters上。

近年来兴起的磁性范德华材料为发展低能耗、新型自旋电子器件提供了新机遇，而使用电学方法（电场或电流）比利用磁场调控范德华材料磁特性更加节能且易于器件实际应用。合肥工业大学低维磁性与自旋电子器件研究团和其他国内外研究团队合作，在磁性范德华Mn₃Si₂Te₆纳米片原型器件中实现了高达6个数量级变化的CMR效应，首次实现了CMR效应超低（<5 A/cm²）、高速（<50 mS）的电流以及门电压调控。

图3（a）展示了磁性范德华Mn₃Si₂Te₆的晶体结构及其原型器件。如图3（b）所示，在较低温度下，与在块状Mn₃Si₂Te₆晶体中观察到的单调降低的CMR不同，Mn₃Si₂Te₆纳米片原型器件在零场处有一个电阻峰，在正场和负场中对称地出现另外两个峰。以在3 K温度下为例，磁电阻存在一个从B=-4.5 T 到+4.5 T的平坦谷，进一步增加磁场会导致± 6 T处的电阻峰值比谷中的高一个数量级，随后磁电阻持续降低直到±9 T。磁电阻还随着施加电流大小而变化，如图3（c）所示。当电流从1 nA增加到50 nA时，磁电阻从小变大，变化量达到一个数量级；进一步，在周期性脉冲电流的作用下还表现出同步的变化规律，如图3（d）所示。研究团队理论研究表明：由于自旋—轨道相互作用，电流可以诱导巡游电子的自旋极化，对局部自旋施加自旋—轨道力矩进而改变Mn原子的磁化方向，实现CMR的电流调控。由于理论上这是亚纳秒级别的超快过程，该电流控磁阻可以应用于超快器件。这一研究工作为实现范德华磁性材料磁特性电学（电流或电场）调控提供了新思路，为设计超快、低功耗自旋电子器件奠定了实验基础。

图3 （a）磁性范德华Mn₃Si₂Te₆的晶体结构示意图和范德华Mn₃Si₂Te₆纳米器件的光学显微图。（b）不同温度下Mn₃Si₂Te₆纳米器件的CMR效应。（c）不同电流下Mn₃Si₂Te₆纳米器件的CMR效应。（d）Mn₃Si₂Te₆纳米器件磁电阻随着周期性脉冲电流的变化关系。

该研究工作的第一署名单位是hbs红宝石平台。合肥工业大学谈诚、杨远俊博士和华南师范大学邓明勋教授为该工作的共同第一作者。合肥工业大学王澜教授、中国科学院强磁场科学中心朱相德研究员以及华南师范大学王瑞强教授为该论文的共同通讯作者。该研究受到基金委面上项目、重点项目以及合肥工业大学人才引进条件建设经费等资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c00054.

王澜/文 杨远俊/图    高伟清/审核