大数据、5G通讯、人工智能等现代科学技术的应用加快了信息交流的同时，也对信息存储材料及其性能提出了更高的要求。过去的二十年来，自旋电子学材料以应用需求为先导发展迅猛，在计算机硬盘、磁性随机存储器和磁性传感器等领域展现出广泛的应用前景。目前，如何突破当前二组态（“0”和“1”）存储模式从而实现高集成密度（3D存储模式）电路模式是自旋电子学领域所面临的前所未有的挑战。为了应对当前挑战，科学家们重点从材料设计、物理机理和器件工作原理等多维度开展探索，力求实现新型自旋电子学材料和物理上的突破。

近年来，一批新材料、新效应和新原理型器件的陆续发现，例如霍尔天平材料、磁性外尔半金属材料、磁性斯格明子、赛道存储器等，为解决上述挑战提供了可能的解决方案。霍尔天平材料是一种具有多组态存储和逻辑运算双重功能的新型自旋电子学材料，其核心为垂直铁磁层/隔离层/垂直铁磁层所构成的三明治结构，其物理原理是利用垂直磁性薄膜的反常霍尔效应获得多种输出电压。自从霍尔天平结构为核心的磁存储原理型器件提出之后，其丰富的物理内涵和巨大的磁存储应用前景逐步引起了人们的广泛关注。

《物理学报》2021年第4期“特邀综述”栏目邀请北京科技大学王守国教授课题组撰写了“霍尔天平材料的多场调控”一文。该综述文章对霍尔天平概念提出的研究背景进行了详细介绍，重点阐述了基于霍尔天平存储逻辑运算一体化器件设计的提出与发展历程，并针对霍尔天平材料的核心性能指标-霍尔电阻比值的界面调控及物理机理进行深入讨论。近期，王守国教授研究团队与国内多家科研单位的磁学专家学者开展合作，利用洛伦兹透射电镜结合脉冲电流调控技术在霍尔天平材料中成功实现了室温高密度磁性斯格明子的实空间观察和调控，为后续基于霍尔天平材料的新型磁性器件设计提供了有力的材料和物理原理支撑。

图1   基于霍尔天平结构的多组态存储和逻辑运算单元

图2   霍尔天平材料中磁性斯格明子的多场调控

王守国，北京科技大学教授、博导、国家杰出青年基金获得者、国家重点研发计划首席科学家。1996年本科毕业于安徽大学，获理学学士学位；2001年研究生毕业于中科院固体物理研究所，获凝聚态物理博士学位；2001年至2007年，先后在新加坡国立大学、德国马普微结构物理研究所和英国牛津大学从事研究工作；2007年底回国，加入中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室；2015年12月调入北京科技大学材料科学与工程学院。

主持的项目主要包括：国家重点研发计划、国家杰出青年基金、基金委重点项目、国家重大科学仪器设备开发专项子课题、中科院仪器研制项目、基金委面上项目、科技部中国—以色列国际合作项目等。共发表SCI学术论文150余篇，其中包括Adv. Mater., Nature Commun., Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Soc., Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett., Nanoscale, ACS Appl. Mater. & Interfaces 等杂志。

目前担任中国电子学会应用磁学分会副主任委员兼秘书长、中国材料研究学会纳米材料与器件分会副理事长、中国物理学会第十二届科普工作委员会副主任、中国金属学会功能材料分会副秘书长、中国金属学会材料科学分会常务理事；中国材料研究学会青年工作委员会常务理事等。担任 Rare Metals（稀有金属英文版）和 International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials 等杂志编委。