近日，东南大学物理学院董帅教授团队在非常规共线磁体及其磁电耦合效应研究方面取得新进展。相关成果以“Ferroelectric Switchable Altermagnetic-like Compensated Ferrimagnets with Charge Ordering”为题，发表于《美国化学学会会刊》(Journal of the American Chemical Society)。
磁电耦合为发展低功耗、高密度、非易失性信息存储器件提供了重要技术路径。近年来，以交错磁体和完全补偿亚铁磁体为代表的新型非常规共线磁体的发展，为该领域注入了新的活力。这类材料兼具反铁磁体零净磁化和类铁磁体自旋劈裂两大特征。其中，交错磁体的自旋劈裂由磁子格间的对称性操作所决定，其自旋在动量空间呈现交替分布，并由此产生独特的输运各向异性；完全补偿亚铁磁体则因磁子格间对称性完全破缺，在整个布里渊区内表现出塞曼型自旋劈裂，具有更高的自旋极化率。然而，现有电学调控的研究大多局限于单一自旋劈裂机制，且难以兼顾高自旋极化率与优异的输运各向异性。
针对上述问题，董帅教授团队提出，通过引入电荷有序和铁电性等更多自由度，可进一步拓展非常规共线磁体的功能特性，丰富其物理内涵。基于这一设计理念，结合理论模型、第一性原理计算和对称性分析，团队预测Fe3O5单层中可形成由交替劈裂与塞曼劈裂协同叠加产生的杂化自旋劈裂机制。该杂化机制实现了两类非常规共线磁体优势的有机融合，兼具输运各向异性和高自旋极化特性。在自旋-电荷耦合所诱导的磁电效应作用下，该杂化自旋劈裂可随铁电极化翻转实现完全可逆切换。该研究为设计兼具低能耗、高自旋极化、输运各向异性和电场可控特性的下一代自旋电子器件提供了新的研究思路。
论文第一作者为东南大学物理学院博士生杨鑫雨，董帅教授为通讯作者。东南大学为论文唯一完成单位。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金支持。计算资源由东南大学大数据计算中心共享服务平台与优势理科学科交叉平台提供。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c08853
供稿：董帅、杨鑫雨
审核：苗霖