【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)究院強磁場中心低功耗量子材料研究團隊屈哲研究員、許錫童項目研究員與組合顯微測試系統(tǒng)孟文杰副研究員，及中國臺灣成功大學(xué)張?zhí)╅沤淌诘群献鳎岢鲈趬K材籠目單晶中實現(xiàn)自旋閥效應(yīng)的新機制，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)通過調(diào)控鐵磁層間的相對磁取向改變自旋散射強度，從而實現(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原子級平整的外延生長、濺射沉積，或范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的精確機械堆疊來實現(xiàn)，工藝復(fù)雜且對穩(wěn)定性要求極高。
 

　　針對上述問題，研究團隊另辟蹊徑，提出利用籠目螺旋磁體中的層間阻挫磁相互作用實現(xiàn)自體自旋閥效應(yīng)的新機制：外加磁場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，研究團隊構(gòu)筑了基于籠目螺旋磁體TmMn6Sn6的介觀器件，通過輸運實驗證實其具有超過160%的GMR效應(yīng)。團隊進一步利用穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置超導(dǎo)磁體SM2搭載的磁力顯微鏡(MFM)系統(tǒng)進行磁疇成像，獲得了該自旋輸運效應(yīng)來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?。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃、中國科學(xué)院建制化科研平臺項目、安徽省重大專項、安徽省杰青等項目的支持。
 

　　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在磁場下MFM成像；(c)電流平行于樣品螺磁軸時的非對稱磁阻，巨磁阻效應(yīng)的幅值可達160%以上；(d)電流垂直螺磁軸時的非對稱磁阻。