反铁磁多层膜全电学调控实现

安徽大学王守国教授团队实现了外延应力下超薄反铁磁多层膜中垂直交换偏置的全电学调控。相关研究成果日前发表在《自然·通讯》上。

交换偏置效应起源于铁磁/反铁磁界面处的交换相互作用，体现为磁滞回线沿外磁场方向的偏移。其在具有垂直磁各向异性的多层膜体系中的有效调控，对于构建高密度、高速度及高能效的新型磁存储和逻辑器件具有重要意义。

作为传统的调控手段，通过“场冷过程”实现钉扎方向的重新取向需要外磁场参与，并提升器件温度，不利于实际应用。而通过电流驱动交换偏置的翻转则成为更加理想的手段。但此前在具有垂直磁各向异性的多层膜体系中，该过程始终依赖于外磁场。因此，如何实现交换偏置效应的“全电学调控”就成为基于反铁磁多层膜体系构建新型自旋电子学器件的关键问题之一。

基于此，王守国教授团队利用超高真空分子束外延系统，成功制备具有垂直磁各向异性的单晶外延多层膜。该体系在反铁磁层厚度仅为2纳米时仍具有较强的室温交换偏置效应。此外，研究团队通过多种晶体结构表征技术手段并结合微磁学模拟揭示了单晶层中外延应力的各向异性，是在室温下形成较强交换偏置效应的主要原因，并以此为基础进一步优化样品结构，实现了垂直交换偏置效应的全电学调控。

据了解，这项研究工作为单晶薄膜材料的高质量制备打下了基础，在阐明相关物理机制的同时，为电学调控反铁磁多层膜材料及器件的关键特性提供了可行的技术方案。