北理工團隊發表關于交錯磁(altermagnetism)的前沿綜述文章
發布日期：2024-09-19 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數：
近日，北京理工大學物理學院姚裕貴、馮萬祥團隊在材料學頂級期刊《Advanced Functional Materials》（IF="18.5）上發表題為“Altermagnetism:" Exploring New Frontiers in Magnetism and Spintronics”的前沿綜述文章。
磁學是凝聚態物理和材料科學中一個基礎且廣闊的研究領域，在技術進步中發揮著至關重要的作用。過去，研究主要集中在兩類磁性材料：鐵磁體和反鐵磁體。鐵磁體表現出宏觀磁化，能夠實現與時間反演對稱性破缺相關的響應。然而，鐵磁體由于對外部磁場的高度敏感性，容易受到磁場干擾，其強大的雜散場也使得高密度集成器件的實現變得困難。此外，鐵磁器件的運行頻率通常限制在GHz量級。相比之下，傳統反鐵磁體的凈磁矩為零，具有顯著的抗外磁場干擾能力，幾乎不存在雜散場，其共振頻率可達到THz量級。然而，反鐵磁體的補償磁化使得磁序難以探測和調控，磁信號較弱，且磁電響應較為復雜。這些局限性使得傳統鐵磁體和反鐵磁體在先進自旋電子學器件中的應用受到一定限制。
為了應對這些問題，科學家們正在探索一種能夠結合鐵磁體與反鐵磁體優勢的新型磁性材料——交錯磁體。交錯磁體具有類似反鐵磁體的補償反平行磁序，但其自旋相反的子晶格通過實空間的旋轉變換相互關聯。其能帶結構破壞了時間反演對稱性，呈現出非相對論性自旋劈裂的特征，進而表現出如鐵磁體中的反常霍爾效應、反常能斯特效應和磁光效應等輸運性質。
在這篇綜述文章中，作者首先結合最新的實驗和理論研究成果，介紹了交錯磁體中幾種獨特的物理現象，包括非相對論自旋劈裂、反常輸運、自旋輸運、磁光效應和手性磁子。這些新奇的物理性質表明，交錯磁體不僅具有重要的基礎科學研究價值，還展示出其在自旋電子學器件等技術應用中的潛力。接著，作者詳細探討了幾種誘導交錯磁性的典型方法，包括利用外加電場誘導交錯磁性、設計具有獨特層間對稱性的Janus交錯磁體、通過轉角雙層范德華材料實現交錯磁性，以及通過精細控制磁序的超胞交錯磁體。這些誘導交錯磁性的方法不僅為傳統鐵磁和反鐵磁材料的應用提供了全新的視角，還顯著豐富了交錯磁體的候選材料庫，拓展了其在不同技術領域中的應用范圍。最后，作者對當前理論預測和實驗驗證的二維、三維交錯磁性材料進行了系統總結。這一材料匯總不僅便于查詢交錯磁材料，還將有助于未來在實驗和理論層面的進一步突破。盡管目前對交錯磁體的理解仍處于早期階段，但隨著該領域的迅速發展，交錯磁體將在自旋電子學器件、量子信息技術以及其他高科技領域中發揮越來越重要的作用，推動相關技術的進步。
北京理工大學為該工作的第一完成單位。北京理工大學物理學院的姚裕貴教授、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。德國美因茨大學的Libor ?mejkal博士和德國于利希研究中心的Yuriy Mokrousov教授也對該工作做出了重要貢獻。該工作得到科技部重點研發計劃和國家自然科學基金等項目的支持。
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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