CrSb/重金属异质结中两种不同的电学翻转模式。（a）磁场辅助的电学翻转；（b）零磁场电学翻转；（c）磁场诱导非对称性的势垒；（d）电流产生非对称性的驱动力。

　　本报讯 清华大学材料学院/先进材料教育部重点实验室宋成教授、潘峰教授团队近日在交错磁体领域取得重要进展，首次实现了从晶格维度对交错磁体的高效调控。
　　该研究通过综合基片选择和生长条件控制等手段，生长出了高对称晶面（0001）面垂直于基片表面的锑化铬（CrSb）薄膜，在保持奈尔矢量的易轴取向不变的条件下成功诱发了CrSb中不同类型的晶格畸变，从而实现了镜面对称性的破缺和磁空间群的转换。交错磁体序参量也随着磁空间群的转换而发生了重构，成功地在晶体对称性维度实现了对交错磁体的调控。这不仅意味着能够产生沿不同方向的反常霍尔矢量，而且能够改变两个磁性子晶格之间的磁相互作用的形式，产生不同取向的Dzyaloshinskii-Moriya矢量。
　　这一系列变化深刻地影响了CrSb薄膜中的电学输运行为和序参量的动力学特征。基于重构后的交错磁体，有以下两项具体发现。第一，首次在交错磁体中实现室温自发的反常霍尔效应。此前基于奈尔矢量维度的调控始终无法让交错磁体中的反常霍尔效应兼顾室温和自发两个特性，而晶格维度的调控则让大家期待已久的交错磁体序参量的室温电学探测成为了现实，为基于交错磁体的信息存储器件的数据读出提供了重要契机。第二，提出了交错磁体序参量的零磁场电学翻转判据：当电流产生的自旋极化（p）、奈尔矢量（n）和Dzyaloshinskii-Moriya矢量（D）两两之间均存在垂直分量时，180度电学翻转可以在零磁场的条件下实现。交错磁体在晶格层面的可调控特征丰富了其序参量电学翻转的物理机制。研究团队实现了有、无磁场辅助的两类电学翻转模式，翻转效率均比铁磁高一个数量级，为交错磁体信息存储单元的低功耗数据写入提供了新策略。
　　该研究中，对于交错磁体的晶体对称性的调控超越了简单的“量变”积累，而实现了磁空间群转换的“质变”，不仅体现于对反常霍尔效应以及电学翻转模式的调控，还将为交错磁体的能带及其演生的自旋劈裂力矩等研究提供新的视角。
　　研究成果以“利用晶体对称性操控锑化铬中的交错磁体序参量”为题，在线发表在《自然》（Nature）期刊上。宋成和潘峰为该论文的通讯作者，材料学院2020级博士生周致远为第一作者。（材料学院）