北理工團(tuán)隊(duì)發(fā)表關(guān)于交錯(cuò)磁(altermagnetism)的前沿綜述文章
發(fā)布日期：2024-09-19 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)物理學(xué)院姚裕貴、馮萬祥團(tuán)隊(duì)在材料學(xué)頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（IF="18.5）上發(fā)表題為“Altermagnetism:" Exploring New Frontiers in Magnetism and Spintronics”的前沿綜述文章,。
磁學(xué)是凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)中一個(gè)基礎(chǔ)且廣闊的研究領(lǐng)域,，在技術(shù)進(jìn)步中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。過去,，研究主要集中在兩類磁性材料：鐵磁體和反鐵磁體,。鐵磁體表現(xiàn)出宏觀磁化，能夠?qū)崿F(xiàn)與時(shí)間反演對(duì)稱性破缺相關(guān)的響應(yīng),。然而,，鐵磁體由于對(duì)外部磁場(chǎng)的高度敏感性，容易受到磁場(chǎng)干擾，其強(qiáng)大的雜散場(chǎng)也使得高密度集成器件的實(shí)現(xiàn)變得困難,。此外,，鐵磁器件的運(yùn)行頻率通常限制在GHz量級(jí)。相比之下,，傳統(tǒng)反鐵磁體的凈磁矩為零,，具有顯著的抗外磁場(chǎng)干擾能力，幾乎不存在雜散場(chǎng),，其共振頻率可達(dá)到THz量級(jí),。然而，反鐵磁體的補(bǔ)償磁化使得磁序難以探測(cè)和調(diào)控,，磁信號(hào)較弱,，且磁電響應(yīng)較為復(fù)雜。這些局限性使得傳統(tǒng)鐵磁體和反鐵磁體在先進(jìn)自旋電子學(xué)器件中的應(yīng)用受到一定限制,。
為了應(yīng)對(duì)這些問題,，科學(xué)家們正在探索一種能夠結(jié)合鐵磁體與反鐵磁體優(yōu)勢(shì)的新型磁性材料——交錯(cuò)磁體。交錯(cuò)磁體具有類似反鐵磁體的補(bǔ)償反平行磁序,，但其自旋相反的子晶格通過實(shí)空間的旋轉(zhuǎn)變換相互關(guān)聯(lián),。其能帶結(jié)構(gòu)破壞了時(shí)間反演對(duì)稱性，呈現(xiàn)出非相對(duì)論性自旋劈裂的特征,，進(jìn)而表現(xiàn)出如鐵磁體中的反?；魻栃?yīng)、反常能斯特效應(yīng)和磁光效應(yīng)等輸運(yùn)性質(zhì),。
在這篇綜述文章中,，作者首先結(jié)合最新的實(shí)驗(yàn)和理論研究成果，介紹了交錯(cuò)磁體中幾種獨(dú)特的物理現(xiàn)象,，包括非相對(duì)論自旋劈裂,、反常輸運(yùn)、自旋輸運(yùn),、磁光效應(yīng)和手性磁子,。這些新奇的物理性質(zhì)表明，交錯(cuò)磁體不僅具有重要的基礎(chǔ)科學(xué)研究價(jià)值,，還展示出其在自旋電子學(xué)器件等技術(shù)應(yīng)用中的潛力,。接著，作者詳細(xì)探討了幾種誘導(dǎo)交錯(cuò)磁性的典型方法,，包括利用外加電場(chǎng)誘導(dǎo)交錯(cuò)磁性,、設(shè)計(jì)具有獨(dú)特層間對(duì)稱性的Janus交錯(cuò)磁體、通過轉(zhuǎn)角雙層范德華材料實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)磁性,，以及通過精細(xì)控制磁序的超胞交錯(cuò)磁體,。這些誘導(dǎo)交錯(cuò)磁性的方法不僅為傳統(tǒng)鐵磁和反鐵磁材料的應(yīng)用提供了全新的視角，還顯著豐富了交錯(cuò)磁體的候選材料庫，拓展了其在不同技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍,。最后,，作者對(duì)當(dāng)前理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的二維、三維交錯(cuò)磁性材料進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié),。這一材料匯總不僅便于查詢交錯(cuò)磁材料,，還將有助于未來在實(shí)驗(yàn)和理論層面的進(jìn)一步突破。盡管目前對(duì)交錯(cuò)磁體的理解仍處于早期階段,，但隨著該領(lǐng)域的迅速發(fā)展,，交錯(cuò)磁體將在自旋電子學(xué)器件、量子信息技術(shù)以及其他高科技領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用,，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,。
北京理工大學(xué)為該工作的第一完成單位。北京理工大學(xué)物理學(xué)院的姚裕貴教授,、馮萬祥教授為論文的共同通訊作者,，博士生白羚為論文的第一作者，博士生劉思源為論文的共同作者,。德國美因茨大學(xué)的Libor ?mejkal博士和德國于利希研究中心的Yuriy Mokrousov教授也對(duì)該工作做出了重要貢獻(xiàn),。該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202409327
文章信息（*為通訊作者）：Ling Bai, Wanxiang Feng*, Siyuan Liu, Libor S?mejkal, Yuriy Mokrousov, Yugui Yao*, “Altermagnetism: Exploring New Frontiers in Magnetism and Spintronics”, Adv. Funct. Mater. 2409327 (2024).
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