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記者6月12日從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體所邵定夫研究員及合作者預(yù)言反鐵磁材料中自旋中性的電流會攜帶一種特殊的“奈爾自旋流”，并基于此效應(yīng)提出了高性能全電控反鐵磁隧道結(jié)的理論方案。相關(guān)研究成果論文日前發(fā)表于《物理評論快報》。

反鐵磁材料具有零凈磁矩、零雜散磁場、超快磁動力學(xué)響應(yīng)等優(yōu)點，有望取代鐵磁材料，成為高密度、低功耗、高穩(wěn)定性、超快讀寫的下一代自旋電子學(xué)器件。然而，由于反鐵磁序參量很難通過常規(guī)方法進行調(diào)控和探測，制約了反鐵磁自旋電子學(xué)器件的信息讀寫。通過隧道磁阻和自旋轉(zhuǎn)移力矩進行電學(xué)讀寫的反鐵磁隧道結(jié)，是反鐵磁自旋電子學(xué)理想的器件方案，但由于反鐵磁材料只有自旋簡并的電子態(tài)密度，通常只能支持自旋中性的電流，很難通過傳統(tǒng)機制實現(xiàn)用于信息讀寫的隧道磁阻效應(yīng)和自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)。

在前期工作基礎(chǔ)上，研究人員進一步發(fā)現(xiàn)，如果共線性反鐵磁材料中相同子晶格內(nèi)的磁性原子具有較強耦合，就可將這類反鐵磁材料近似地看成是由兩個反平行的鐵磁子晶格構(gòu)成的“并聯(lián)電路”。基于這一簡單而直觀的物理圖像，研究人員預(yù)言，這類反鐵磁材料中相反的鐵磁子晶格會分別對流經(jīng)其內(nèi)部的電流進行極化，從而在整體呈自旋中性的電流中形成兩支隱藏于子晶格內(nèi)的相反自旋流。這種反鐵磁材料中獨有的子晶格分辨的自旋流與此前人們熟知的宏觀自旋流完全不同，被命名為“奈爾自旋流”。

該工作預(yù)言的“奈爾自旋流”是一種反鐵磁材料獨有的輸運性質(zhì)，可以驅(qū)動很多新奇的自旋電子學(xué)效應(yīng)，如反鐵磁隧道結(jié)中的隧道磁阻和自旋轉(zhuǎn)移力矩等。研究人員表示，該工作為超快寫入、精確讀取的高性能反鐵磁隧道結(jié)提供了一個可行的理論框架，有望推動具有易于調(diào)控、大開關(guān)比等優(yōu)點的新一代反鐵磁自旋電子學(xué)的發(fā)展。

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