封面文章

磁场对自旋-轨道矩磁性存储器性能影响

刘嘉新，周钰卿，石国懿，蔡凯明

物理学报, 2026, 75(6):060807

doi: 10.7498/aps.75.20251720

cstr: 32037.14.aps.75.20251720

自旋-轨道矩磁性随机存储器因其高读写速度、高耐久性、非易失性以及与先进半导体工艺的良好兼容性，被认为是下一代非易失存储技术的解决方案之一。然而，其器件性能对磁场高度敏感。磁隧道结中参考层偶极场、层间交换耦合场及电流奥斯特场等效应，产生作用于自由层的偏置磁场，导致非对称的写入电流和数据保持时间，给提升器件能效及集成密度等带来阻碍。为解决上述问题，本文基于自旋-轨道矩磁性存储器集成架构和微磁学模拟理论，系统研究了磁场对写入电流的调控作用。进一步设计了与半导体后端互连工艺兼容的器件结构，通过在垂直互联通道中填充磁性层，产生局域的杂散磁场，以补偿偏置磁场作用和优化器件性能。仿真结果表明，磁性填充层产生的非均匀局域磁场有助于实现对称写入电流，且适用于微缩先进工艺节点。该研究验证了基于磁场调控的设计方案对提升器件能效和集成密度上的潜力，为未来实现高密度、低功耗自旋-轨道矩磁存储芯片设计提供了新思路。

原文链接  PDF

特邀综述

异质系统马约拉纳费米子的理论研究及其实验观测问题

乔国健，岳鑫，张智磊，孙昌璞

物理学报, 2026, 75(6):060701

doi: 10.7498/aps.75.20251512

cstr: 32037.14.aps.75.20251512

由于马约拉纳费米子具有反粒子是其自身的基本属性和在量子计算应用中具有拓扑保护的可能性，在超导异质系统中实现马约拉纳费米子(零模)的理论和实验研究已成为凝聚态物理研究的前沿热点。然而，近年来，该领域的一些实验观测数据引发了广泛的争议，多篇声称实现马约拉纳费米子的关键实验论文因此被撤回。鉴于当前研究现状，本文旨在系统梳理该领域关于实验数据的争议及存在的问题，并从基础理论的视角深入分析当前围绕马约拉纳费米子的实验数据所产生的争议。同时，进一步探讨未来实现马约拉纳费米子的精确条件。本文先介绍马约拉纳费米子的基本概念，以及在超导异质系统中的实现，进一步介绍超导异质结中的实验进展，以及存在的理论和实验比对的问题。最后介绍我们发展的理论及其对未来实验方向的分析。

图9 在纳米线的化学势μ_w和磁场h_w参数空间中，更一般的拓扑相(浅紫色区域)的化学势偏离了低能理论所预测的相图(蓝色曲线内部)和微扰理论预测的相图(红色实线内的黄色阴影下区域)。对于实际的InSb-Al和InAs-Al异质系统，纳米线中化学势的偏移达1 eV的量级

原文链接   PDF

编辑推荐

MnBi单晶的自旋重取向与高压调控研究

董航，王正琪，赵凌霄，马玉哲，孙文，齐彦鹏，李国伟

物理学报, 2026, 75(6):060708

doi: 10.7498/aps.75.20251578

cstr: 32037.14.aps.75.20251578

磁各向异性与自旋重取向是决定永磁体及自旋电子器件中性能的重要物理基础。然而，在MnBi永磁材料体系中，Mn 3d-Bi 6p杂化与Bi强自旋-轨道耦合主导的磁各向异性贡献长期竞争，使其自旋重取向机制备受争议。本研究通过助熔剂法成功生长毫米级高质量MnBi单晶，并结合变温磁性表征、电输运、变温X射线衍射及高压调控系统研究了其磁各向异性演化规律。结果显示，MnBi在约90 K发生由面内至c轴的自旋重取向过程，同时在140 K附近观察到晶格c/a比值的突变，这一结构异常先于磁相变发生，揭示了MnBi存在显著的结构前驱态与晶格-磁性的强耦合行为。高压研究(0.9—3 GPa)表明，随着压力升高，自旋重取向转变温度持续下降，而c轴方向磁化强度显著增强。这表明压力通过调节晶格压缩与Mn-Bi轨道杂化强度，打破Mn-Mn直接交换与自旋-轨道耦合驱动的磁各向异性竞争，最终稳定c轴取向的磁状态。本研究明确揭示了MnBi中结构演化、电子杂化与磁各向异性的耦合机制，提出了通过外场调控磁各向异性的有效策略，为设计高性能永磁体及自旋电子材料提供了重要启示。

原文链接  PDF

编辑推荐

自旋-轨道力矩驱动的交错磁体磁动力学

曹彦彰，韩磊，潘峰，王钰言，宋成

物理学报, 2026, 75(6):060709

doi: 10.7498/aps.75.20251628

cstr: 32037.14.aps.75.20251628

新兴的交错磁体兼具铁磁体能带中自旋劈裂与反铁磁体磁矩补偿的双重特性，有望在实际应用中融合二者优势，构建高速、高密度、稳定且易读出的新型磁性存储器件。研究自旋-轨道力矩驱动下的交错磁体磁动力学过程，是实现其电学调控的重要基础。为此，本文采用原子自旋模拟方法，系统揭示了交错磁体在自旋-轨道力矩作用下的磁动力学行为，并与相同条件下的反铁磁体磁动力学进行对比。结果表明，交错磁体在直流自旋-轨道力矩作用下呈现出与共线反铁磁体相似的磁动力学特征；然而，在脉冲自旋-轨道力矩撤除后的磁矩弛豫过程中，交错磁体的动力学行为表现出混沌的特征，磁矩最终稳定于非易轴方向。进一步分析显示，磁矩弛豫过程中的最大李雅普诺夫指数受到交换相互作用与阻尼因子的显著影响。上述结果为理解交错磁体的奇异物性提供了新的视角，也为其在器件层面的潜在应用拓展了新的可能性。

图4 SOT作用后弛豫过程反铁磁体和交错磁体的磁动力学行为   (a) 反铁磁体亚晶格磁矩在SOT作用后弛豫过程的时域谱线；(b) 反铁磁体亚晶格磁矩的弛豫轨迹；(c) 交错磁体亚晶格磁矩在SOT作用后弛豫过程的时域谱线；(d) 交错磁体亚晶格磁矩的弛豫轨迹

原文链接  PDF

编辑推荐

基于同步辐射相位时间分辨X射线铁磁共振技术的发展

袁亚楠，王思宇，秦春宇，闫鹏辉，傅思远，王亚梅，曹杰峰，李倩

物理学报, 2026, 75(6):060805

doi: 10.7498/aps.75.20251577

cstr: 32037.14.aps.75.20251577

超快磁动力学是当代自旋电子学与磁性材料研究的前沿领域，涉及磁性体系中磁矩在飞秒至纳秒时间尺度内的响应与演化过程。为解析这些超快磁动力学行为，发展了多种时间分辨探测手段。基于同步辐射的X射线铁磁共振(XFMR)技术将微波激发的铁磁共振(FMR)与X射线磁圆二色(XMCD)技术相结合，能够在皮秒时间尺度上实现磁化进动的元素、价态及晶格占位分辨测量，获取进动磁矩的幅度与相位信息。本工作依托上海同步辐射光源(SSRF)BL07U矢量磁铁实验站，自主设计并搭建了一套具备皮秒级时间分辨精度的XFMR实验平台。系统采用锁相放大调制与储存环主时钟精密同步的泵浦探测技术，可在高达6 GHz的频率范围内稳定激发并探测磁性元素的自旋进动，系统本底噪声被有效抑制至30 fA量级，整体相位时间分辨精度优于10 ps。标志着国内在同步辐射XFMR技术上已具备国际先进的时间分辨能力与灵敏度水平，为后续开展自旋流和轨道流探测及亚铁磁和反铁磁动力学等领域的研究奠定了重要实验基础。

图6 XFMR测量系统整体架构图

原文链接  PDF

编辑推荐

自旋塞贝克效应研究进展

王鸿如，武一倩，冯赛赛，王敏，李克勤，赵鹏楠，杨丽环，郭凯卫，于忠海，来嘉敏，韩建宁，王飞，许小红

物理学报, 2026, 75(6):060703

doi: 10.7498/aps.75.20251646

cstr: 32037.14.aps.75.20251646

自旋塞贝克效应作为自旋电子学领域的重要热-自旋耦合现象，能够在磁性材料中通过温度梯度产生自旋流，为低功耗、非易失性自旋功能器件的开发提供了新的研究思路。本文系统梳理了自旋塞贝克效应的最新研究进展，从其基本物理内涵出发，介绍了自旋流的激发机制与典型探测方法，并总结了横向、纵向及非局域等主要实验构型。进一步，比较了该效应在铁磁、亚铁磁、反铁磁及顺磁等多类材料体系中的特征表现，重点讨论了磁振子驱动、声子拖曳及磁振子化学势驱动等微观机制。结合潜在应用，概述了自旋塞贝克效应在磁子阀、磁性逻辑器件及微观磁结构探测等方向上的发展前景。同时指出，信号分离、界面调控及机制统一描述仍是限制其进一步突破的关键科学问题。展望未来，随着理论模型的不断完善、新型材料体系的持续涌现及高精度探测技术的发展，自旋塞贝克效应有望在自旋热电子学与新型信息器件中发挥更为重要的作用。

图1 自旋热输运与自旋-电荷转换机制示意图 (a)横向自旋塞贝克效应；(b)非局域自旋塞贝克效应；(c)，(d)纵向自旋塞贝克效应，其中(c)，(d)分别对应自旋极化矢量σ垂直于和平行于z轴的情形。图中，J_m，ΔT和H分别表示磁振子自旋流、温度梯度和外磁场强度。自旋流通过重金属层的逆自旋霍尔效应(当σ⊥z)或磁性金属层的反常逆自旋霍尔效应(当σ // z)进行探测

原文链接  PDF

《物理学报》2026年第6期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2026/6