编辑推荐

交错磁研究进展: 材料物性与交叉应用

张瀚琦，赵骁驿，王晶凯，徐泽东，吴勇，孟康康，徐晓光，姜勇

物理学报, 2026, 75(6):060704

doi: 10.7498/aps.75.20251637

cstr: 32037.14.aps.75.20251637

交错磁作为反铁磁材料的一个新兴研究分支，凭借其独特的对称性特征和非相对论性自旋劈裂，在实现Néel矢量的高效调控方面展现出显著优势，为自旋电子学器件的设计提供了新途径。本文基于自旋群对称性理论，首先阐释交错磁区别于传统反铁磁材料的电子结构特性；随后以MnTe和CrSb等典型材料体系为例，系统地综述了交错磁的制备方法及表征手段；接着梳理了利用电流脉冲、晶格应变和热激发等外场调控手段实现Néel矢量翻转与自旋-轨道力矩调制的机制与进展；并在此基础上对交错磁在磁随机存取存储器、拓扑自旋器件及磁子学、光-自旋耦合等多学科交叉领域的应用潜力进行了讨论；最后总结当前交错磁在材料体系拓展与对称性精确调控等方面面临的挑战，并对与其相关的界面工程等研究方向提出展望。

图1 三种非相对论共线磁相的示意图^[3]

原文链接  PDF

编辑推荐

基于自旋-轨道力矩效应的电流驱动垂直磁矩无场翻转研究

赵云驰，张毅，祁杰，张静言，于国强，魏红祥，张颖，沈保根，王守国

物理学报, 2026, 75(6):060705

doi: 10.7498/aps.75.20251630

cstr: 32037.14.aps.75.20251630

基于自旋-轨道力矩效应的磁随机存储器凭借其高速、高耐久及低功耗等优势成为后摩尔时代非易失性存储器件的重要技术方案。然而，针对高存储密度的垂直磁各向异性体系，如何摆脱对外加磁场的依赖实现电流驱动磁矩的确定性翻转是其迈向大规模应用亟需突破的核心瓶颈。本文聚焦自旋-轨道力矩这一自旋电子学前沿热点，系统介绍了基于这一物理效应的电流驱动垂直磁矩无场翻转的相关工作，涵盖了利用非对称几何结构与成分梯度、反铁磁交换偏置及层间耦合作用来构建内建等效场的策略，还深入探讨了基于低对称性晶体与拓扑材料产生非常规面外自旋极化从而直接驱动垂直磁矩翻转的新物理机制，同时介绍了磁性单层膜体系中基于自旋-轨道力矩效应的自驱动磁矩翻转相关进展。最后，总结了基于自旋-轨道力矩效应实现电流驱动垂直磁矩无场翻转的新型自旋电子学器件在未来信息技术领域所面临的机遇及挑战。

图10 基于低对称性晶体产生的非常规SOT所实现的电流驱动垂直磁矩无场翻转  (a) L1₁-CuPt(CoPt)有序合金的晶体结构以及在该体系中实现的(b)电流驱动CoPt垂直磁矩的无场翻转^[72]；(c) L1₁-CuPt/CoPt体系中SOT无场翻转行为的角度依赖关系^[72]；(d)具有四方晶系的MnPd₃的晶体结构以及(e)根据第一性原理计算得到的(114)晶面的MnPd₃的自旋霍尔电导^[73]；(f)在MnPd₃/Co结构中利用非常规自旋流实现的Co层垂直磁矩的无场翻转^[73]

原文链接  PDF

编辑推荐

多铁异质结构中电场调控磁性及磁性隧道结的研究进展

陈爱天，李岩，赵永刚

物理学报, 2026, 75(6):060801

doi: 10.7498/aps.75.20251656

cstr: 32037.14.aps.75.20251656

电场调控磁性是发展低能耗自旋电子器件的重要途径，已成为磁学领域的重要研究方向。多铁性材料可以实现磁电耦合，尤其在铁磁/铁电多铁异质结构中具有室温下电场对磁性的显著调控，有望发展低能耗多功能磁性器件。本文简要介绍基于多铁异质结构的电场调控磁性和磁性隧道结的研究进展。首先介绍了多铁性材料并讨论了多铁异质结构中电场调控磁性的机制；随后基于应变媒介磁电耦合效应，通过电场调控自由层磁矩旋转，介绍了对面内磁性隧道结的调控；进一步讨论了电场如何调控垂直磁化和亚铁磁性，介绍了近期关于垂直磁性隧道结的电场调控进展；最后，结合自旋电子学的发展，对多铁异质结构的研究趋势做了展望。

图4 (a)磁性隧道结/铁电基本存储单元示意图^[46]；(b)制备在铁电材料上的AlO_x基磁性隧道结；(c)不同电场下的隧道磁电阻曲线^[63]；(d)制备在铁电材料上MgO基磁性隧道结；(e)零磁场下电场非易失调控隧道结的电阻^[64]

原文链接  PDF

编辑推荐

钐铁氮永磁材料的超强磁晶各向异性

林中冲，叶宇城，查亮，梁栋，安琪，刘文卿，李田，凌浪生，李志伟，乔亮，杨文云，罗昭初，韩景智，刘恩克，黄志高，杨金波

物理学报, 2026, 75(6):060710

doi: 10.7498/aps.75.20251613

cstr: 32037.14.aps.75.20251613

开发兼具高最大磁能积与高居里温度的稀土永磁体，已成为当前应用磁学领域的核心挑战与战略目标。Sm-Fe-N理论磁能积与钕铁硼(59 MGOe)相当，但具有更高的居里温度和更强的磁晶各向异性，且不含重稀土和不受钕价格波动影响，是具有高稳定性与高矫顽力潜力的一种新型稀土永磁材料。本文系统研究了超强磁晶各向异性Sm-Fe-N中的氮含量/占位、磁结构/超精细场以及Sm/Fe自旋-轨道耦合。通过特殊装样与吸收修正，成功获得Sm₂Fe₁₇及氮化物的高质量中子衍射图谱。研究表明，N原子择优占据9e间隙位，形成了全氮化合物Sm₂Fe₁₇N₃。结合⁵⁷Fe穆斯堡尔谱，发现氮化显著提升了材料的居里温度和基态Fe磁矩，从而增强了其室温磁性能。稳态强磁场测量表明，Sm₂Fe₁₇N₃室温各向异性场为22.6 T，2 K时超过50 T，具有超强磁晶各向异性，为实现高矫顽力提供了关键基础。通过磁圆二色性技术，确认Sm磁性以轨道磁矩的贡献为主，其强自旋-轨道耦合效应是超强磁晶各向异性的物理根源。相比之下，Fe轨道磁矩发生淬灭，使其总磁矩由自旋磁矩贡献。本研究阐明了间隙氮含量/占位与磁晶各向异性的内在关系，揭示了稀土Sm/Fe自旋-轨道耦合机制，为设计高性能永磁材料提供了重要理论依据。

图3 Sm₂Fe₁₇N_y和铝粉混合物(质量比为1∶2)的300 K (a)和4 K (b)中子衍射图谱；Sm₂Fe₁₇和铝粉混合物(质量比为1∶2)的300 K (c)和4 K (d)中子衍射图谱；(e)—(h)分别是图(a)—(d)的局部放大图

原文链接  PDF

编辑推荐

Sc-La-Zn共取代M型钡铁氧体的磁性能及其在自偏置环行器中的应用

占学谦，李嘉澍，钟铭，史慧刚，蒋长军

物理学报, 2026, 75(6):060806

doi: 10.7498/aps.75.20251559

cstr: 32037.14.aps.75.20251559

为适应自偏置环行器高频化与集成化的发展需求，六角铁氧体材料性能的提升至关重要。本研究采用固相反应法制备了Sc-La-Zn共取代的M型钡铁氧体(La_0.3Ba_0.7Fe_10.9–xZn_0.3Sc_xO₁₉)。X射线衍射(XRD)分析表明，所有样品均成功形成单一M型磁铅石相。扫描电子显微镜(SEM)图像显示，经湿法择优取向烧结后，铁氧体颗粒呈现六角板状形貌，并沿c轴定向排列。基于XRD和SEM数据计算了样品的晶格参数与颗粒尺寸。磁性测量结果表明，Sc-La-Zn掺杂的M型铁氧体具有较高的饱和磁化强度(M_s > 60 emu/g)的同时，通过调控Sc掺杂量，使磁晶各向异性场在7000—10000 Oe范围内可调，且样品表现出较低的铁磁共振线宽(ΔH ≈ 260 Oe)。基于样品的磁性能参数，利用HFSS软件设计并仿真了3款自偏置环行器，其中心频率覆盖25—35 GHz，展现出较宽的频率调节范围。环行器的最低插入损耗小于0.5 dB，隔离度优于20 dB的带宽最高可达4.4 GHz。本研究对不同频段自偏置环行器的应用具有重要意义。

图8 根据La_0.3Ba_0.7Fe_10.9–xZn_0.3Sc_xO₁₉磁体磁性能设计的自偏置环行器的(a)—(c) S参数和(d)环行器示意图 (a) x = 0；(b) x = 0.2；(c) x = 0.4；(d)示意图

原文链接  PDF

编辑推荐

钐基稀土永磁材料研究进展

奚磊，郑蒙，陈昊，曾世繁，阚绪材，王守国

物理学报, 2026, 75(6):060706

doi: 10.7498/aps.75.20251627

cstr: 32037.14.aps.75.20251627

稀土永磁材料凭借其极高的磁性能，成为推动设备向小型化、轻型化和高效化发展的关键力量，已深度融入现代经济的核心领域。由于该材料供应链高度集中且技术壁垒极高，已成为关乎国家能源安全、科技竞争力和国防现代化的战略性材料，是大国博弈中确保产业自主与安全的核心焦点。在众多稀土永磁材料中，由钐钴与钐铁组成的钐基稀土永磁材料以其丰富的晶体结构和优异的磁性能，展现出不可替代的研究与应用价值。它不仅是第一代、第二代稀土永磁材料的主体，更是构成潜在第四代高性能永磁材料的关键组成部分，在整个稀土永磁家族中占据重要地位。本文系统综述了钐钴基与钐铁基两大体系永磁材料的研究进展，重点分析了SmCo₅型、Sm₂Co₁₇型、SmFe₁₂型及Sm₂Fe₁₇N₃型永磁材料的发展现状，并对钐基稀土永磁材料的未来发展方向进行了展望。

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