【东大新闻网1月12日电】（通讯员 申中）近日，东南大学物理学院董帅教授团队在电场调控超快磁矩翻转的物理机制研究方面取得重要进展，相关研究成果以“Magnetoelectric torque in polar magnetic bilayers”(“极性磁双层中的磁电转矩”)为题发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。
电控磁矩翻转技术在新型低功耗自旋电子器件中具有关键应用前景。但当前主流技术依赖的自旋转移矩与自旋轨道矩机制，普遍存在因电流注入导致的焦耳热问题，致使器件功耗难以达到理想水平理论上，磁电多铁材料理论上可以借助纯电场来翻转磁矩避免焦耳热问题，具备节能材料的优势。但是，当前研究局限于离子位移作为媒介的第一类多铁体，这使得磁矩翻转速度受限于离子的移动速度。此外，研究发现二维系统中的磁电效应往往表现出不同于三维系统的行为。以二维范德华磁体CrI₃为例，通过静电掺杂可调控其电子结构，进而影响层间磁耦合以实现磁矩翻转，但该掺杂方式可能破坏体系的绝缘性，导致漏电现象。
针对以上问题，该团队提出了一种磁电转矩机制来实现电场可控的超快磁矩翻转。结合理论模型、第一性原理计算和原子尺度模拟，该研究对磁电转矩的产生机制及磁矩翻转过程进行了充分的研究，并揭示了其中太赫兹频率的超快自旋动力学起源。研究团队进一步验证，该磁电转矩机制不依赖于自旋轨道耦合，且在二维范德华极性磁双层中具有较强的普适性。
论文的第一作者为东南大学物理学院博士生申中，通讯作者为姚晓燕教授和董帅教授，其他参与作者为物理学院博士后陈军。东南大学为唯一完成单位。本研究工作得到国家自然科学基金、江苏省研究生科研创新计划、江苏省优秀博士后人才资助计划及中国博士后科学基金、东南大学量子材料与信息器件教育部重点实验室以及东南大学大数据计算中心的计算资源支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/l5fd-kpn5
供稿：物理学院
（责任编辑：李心畅 审核：李小男）
