近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院團(tuán)隊(duì)等，突破基于宏觀對(duì)稱性與均勻自旋輸運(yùn)的傳統(tǒng)觀念，提出了基于“非對(duì)稱自旋力矩”的反鐵磁奈爾矢量全電學(xué)調(diào)控普適理論。

自旋電子學(xué)器件向小尺寸、高速度、低功耗發(fā)展，反鐵磁材料因宏觀凈磁化為零、太赫茲頻段超快響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，成為下一代高密度、超快信息存儲(chǔ)器件的理想候選體系。反鐵磁器件信息讀寫的核心是全電學(xué)確定性調(diào)控奈爾矢量，但受其內(nèi)部強(qiáng)交換耦合的限制，該調(diào)控僅能在少數(shù)材料中實(shí)現(xiàn)。因此，提出適用于廣泛共線反鐵磁體的普適電學(xué)調(diào)控機(jī)制，是當(dāng)前領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。

研究團(tuán)隊(duì)建立并推導(dǎo)了基于“非對(duì)稱自旋力矩”的反鐵磁動(dòng)力學(xué)理論。解析推導(dǎo)與宏觀自旋動(dòng)力學(xué)模擬一致表明，子晶格間自旋積累的微小不對(duì)稱性，能夠促使類阻尼型力矩與類場(chǎng)力矩協(xié)同作用，打破了傳統(tǒng)對(duì)稱機(jī)制下的動(dòng)力學(xué)平衡，從而驅(qū)動(dòng)奈爾矢量的確定性翻轉(zhuǎn)。

研究表明，根據(jù)注入自旋極化方向的不同，非對(duì)稱自旋力矩在反鐵磁體系中能夠復(fù)現(xiàn)傳統(tǒng)鐵磁體中經(jīng)典的調(diào)控模式。理論模擬顯示，在面內(nèi)磁場(chǎng)輔助的自旋軌道轉(zhuǎn)矩翻轉(zhuǎn)中，反鐵磁因內(nèi)部強(qiáng)交換耦合，可抵御強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，使奈爾矢量保持穩(wěn)定翻轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，三氧化二鉻這類A型反鐵磁體的垂直奈爾矢量，在3特斯拉面內(nèi)輔助磁場(chǎng)下仍可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的全電學(xué)調(diào)控翻轉(zhuǎn)。

非對(duì)稱自旋力矩機(jī)制的建立，為共線反鐵磁體系的奈爾矢量調(diào)控提供了普適的理論方案，搭建起連接傳統(tǒng)鐵磁自旋電子學(xué)與下一代反鐵磁自旋電子學(xué)的理論橋梁。相關(guān)成果為開(kāi)發(fā)不依賴特定對(duì)稱性的通用型反鐵磁寫入技術(shù)提供了理論支撐，為自旋電子學(xué)器件在強(qiáng)磁場(chǎng)下的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)，并為未來(lái)反鐵磁體與奈爾矢量相關(guān)的新奇量子物性研究開(kāi)辟了新方向。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。