非常规磁性的滑移铁电调控 | 进展

非常规磁性是一类具有零净磁矩却展现出铁磁特性的磁性，兼具反铁磁和铁磁性的优势，在自旋电子学器件中具有重要应用前景。其中，交错磁性作为一类典型的非常规磁性，可实现非相对论性自旋劈裂；而具有反常霍尔效应的反铁磁体则允许通过电学方式读取磁态信息。实现对这些非常规磁性特征（如自旋极化与反常霍尔效应）的精确调控，是发展反铁磁存储技术的关键。已有研究表明，滑移铁电为此类调控提供了一种低能耗的途径，但目前仍缺乏普适的材料设计策略。

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心杜世萱研究组和南方科技大学刘奇航教授团队合作，提出了适用于双层堆垛体系的对称性规则，用于实现滑移铁电对非常规磁性（包括交错磁性与补偿亚铁磁性）的调控。该规则基于连接不同堆垛双层的操作，用于判断铁电极化是否与自旋极化或反常霍尔效应耦合。通过系统分析80个晶体层群，研究团队筛选出所有可通过双层堆垛实现滑移铁电与非常规磁性耦合的层群。

结合第一性原理计算，团队发现在交错磁性双层 AgF2 中，自旋极化和反常霍尔效应只能分别通过滑移铁电进行独立调控；而在交错磁性双层Fe2MoSe4和补偿亚铁磁性双层CrI3中，则可实现两者的同步调控。这种同步调控机制提供了一种有效手段，使得自旋极化的翻转可通过更易测量的反常霍尔效应间接探测。本工作为设计非常规多铁双层体系和开发低功耗的反铁磁自旋电子器件提供了通用策略。

以上工作以“Sliding Ferroelectric Control of Unconventional Magnetism in Stacked Bilayers”为题发表于Physical Review Letters 135, 056801 (2025), 物理所博士生朱勇乾(已毕业)为第一作者，中国科学院物理研究所杜世萱研究员和南方科技大学刘奇航教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、中国科学院、广东省量子科学战略专项、广东省重点实验室和深圳市科技计划等项目资助。

图 滑移铁电调控堆垛双层中非常规磁性的原理以及候选材料图

编辑：yhc