东南大学物理学院董帅课题组在电控磁性方面取得进展

2021-03-2013

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【东大新闻网3月20日电】(通讯员 陈军)近日,东南大学物理学院董帅教授带领的量子材料物理课题组在电控磁性物理机制取得研究成果,相关论文以Manipulation of magnetic domain wall by ferroelectric switching: Dynamic magnetoelectricity at the nanoscale为题发表于物理学领域知名刊物Physical Review Letters。

磁性是凝聚态物理中一个重要的现象,而磁性材料在信息存储、信号转换等方面有着巨大的应用市场。但目前磁性器件中控制磁性的方法只有磁场。如果能实现电场直接控制磁性,则有助于磁性器件进一步小型化与节能化。但固体中的磁性和电性在静态条件下彼此之间相互独立,甚至从量子起源上存在着互斥的矛盾,因此几十年来,虽然研究者们费尽心思,但依然很难实现高效的电控磁性。高效的磁电耦合不管在科学上还是在应用上都有着很高的价值,也是凝聚态物理领域一大费解的难题。

董帅课题组长期从事磁电耦合物理与材料的研究。此番他们另辟蹊径,在动态磁电耦合的道路上寻求新的突破。他们发现具有手性非共线结构的铁磁或者亚铁磁畴壁,可以通过自旋轨道耦合与铁电极化方向耦合。当外加电场翻转铁电极化时,磁畴壁的手性也随之反转。这个反转过程是一个类似车轮滚下山坡的动力学过程,从而实现了磁畴壁的移动,也就是动态的电控磁性。理论分析和数值模拟证明了该动态过程可以在纳米至微米尺度实现磁畴壁的高效电场驱动,能耗极小且速度极快(纳秒至皮秒量级)。该工作对开发磁电耦合器件具有指导作用。

本文第一作者为东南大学物理学院博士研究生陈军,通讯作者为董帅教授,东南大学为唯一单位。该工作受到国家自然科学基金委重点项目支持。广州超算中心天河Ⅱ号和东南大学大数据中心为本工作提供了计算资源。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.117603

  

供稿:物理学院


(责任编辑:嵇宏 审核:李小男)