北京
电荷密度波（charge density wave, CDW）是关联量子材料中重要的集体电子有序态，通常与超导、磁有序、电子向列序和拓扑电子态等物性密切相关。如何利用外场实现CDW取向和畴结构的可控调节，是揭示多自由度耦合机制和发展新型量子器件的重要研究方向。然而，CDW由于受到晶格、缺陷、应变场等条件的束缚，难以实现确定性、可逆且具有记忆效应的调控。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧院士团队在磁性笼目金属GdTi₃Bi₄中开展了系统性地深入研究，通过极低温强磁场扫描隧道显微镜/谱技术，发现了双畴电荷密度波，且首次实现了电荷密度波条纹取向的原位可逆可控切换，并揭示了旋转磁场通过调控反铁磁自旋构型驱动电荷密度波取向切换的自旋-电荷耦合机制。其主要创新性工作包括：1. 发现了GdTi₃Bi₄解理面上周期为3a₀×1a₀的单向电荷密度波，该调制存在两类相差60°的取向畴Q₁和Q₂，并由清晰的畴壁分隔；2.发展了基于旋转面内磁场的单向电荷密度波取向调控方法，实现了Q₁和Q₂构型之间的可控、可逆切换，揭示了该切换过程具有C2对称性和高度重复性；3. 构建了电荷密度波取向随磁场方向演化的完整相图，观测到约50°的角向滞回窗口，并与面内反铁磁畴相图建立直接对应关系，揭示了自旋介导的滞回切换机制。
该工作揭示了GdTi₃Bi₄中“自旋介导的电荷密度波切换”机制，在原子尺度上建立了自旋、晶格和电荷自由度协同耦合的微观图像。通过旋转磁场能够实现Q₁和Q₂两种CDW构型的可逆、滞回调控，为发展多态自旋-电荷耦合存储单元和可编程量子功能器件提供了新的材料平台。
图：面内旋转磁场驱动的 Q₁/Q₂ 取向CDW切换及其角向滞回相图。
相关成果以“Spin-mediated hysteretic switching of unidirectional charge density waves by rotating magnetic fields”为题发表在2026年5月13日的Nature Communications上。物理所博士生陈子超、朱诗雨副研究员和博士生许楷林为共同第一作者；朱诗雨副研究员、美国波士顿学院汪自强教授和高鸿钧院士为共同通讯作者。物理所博士生王汝文和杨海涛研究员等提供了高质量GdTi₃Bi₄单晶样品，物理所程金光研究员的团队开展了磁性测量，美国波士顿学院汪自强教授提供了理论支持。本工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市科技新星计划等项目的资助。
编辑：辣条
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