非常規(guī)磁性是一類具有零凈磁矩卻展現(xiàn)出鐵磁特性的磁性，兼具反鐵磁和鐵磁性的優(yōu)勢(shì)，在自旋電子學(xué)器件中具有重要應(yīng)用前景。其中，交錯(cuò)磁性作為一類典型的非常規(guī)磁性，可實(shí)現(xiàn)非相對(duì)論性自旋劈裂；而具有反常霍爾效應(yīng)的反鐵磁體則允許通過(guò)電學(xué)方式讀取磁態(tài)信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)這些非常規(guī)磁性特征(如自旋極化與反常霍爾效應(yīng))的精確調(diào)控，是發(fā)展反鐵磁存儲(chǔ)技術(shù)的關(guān)鍵。已有研究表明，滑移鐵電為此類調(diào)控提供了一種低能耗的途徑，但目前仍缺乏普適的材料設(shè)計(jì)策略。
 

　　最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心杜世萱研究組和南方科技大學(xué)劉奇航教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了適用于雙層堆垛體系的對(duì)稱性規(guī)則，用于實(shí)現(xiàn)滑移鐵電對(duì)非常規(guī)磁性(包括交錯(cuò)磁性與補(bǔ)償亞鐵磁性)的調(diào)控。該規(guī)則基于連接不同堆垛雙層的操作，用于判斷鐵電極化是否與自旋極化或反常霍爾效應(yīng)耦合。通過(guò)系統(tǒng)分析80個(gè)晶體層群，研究團(tuán)隊(duì)篩選出所有可通過(guò)雙層堆垛實(shí)現(xiàn)滑移鐵電與非常規(guī)磁性耦合的層群。
 

　　結(jié)合第一性原理計(jì)算，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在交錯(cuò)磁性雙層 AgF2 中，自旋極化和反常霍爾效應(yīng)只能分別通過(guò)滑移鐵電進(jìn)行獨(dú)立調(diào)控；而在交錯(cuò)磁性雙層Fe2MoSe4和補(bǔ)償亞鐵磁性雙層CrI3中，則可實(shí)現(xiàn)兩者的同步調(diào)控。這種同步調(diào)控機(jī)制提供了一種有效手段，使得自旋極化的翻轉(zhuǎn)可通過(guò)更易測(cè)量的反常霍爾效應(yīng)間接探測(cè)。本工作為設(shè)計(jì)非常規(guī)多鐵雙層體系和開發(fā)低功耗的反鐵磁自旋電子器件提供了通用策略。
 

　　以上工作以“Sliding Ferroelectric Control of Unconventional Magnetism in Stacked Bilayers”為題發(fā)表于Physical Review Letters 135, 056801 (2025), 物理所博士生朱勇乾(已畢業(yè))為第一作者，中國(guó)科學(xué)院物理研究所杜世萱研究員和南方科技大學(xué)劉奇航教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院、廣東省量子科學(xué)戰(zhàn)略專項(xiàng)、廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
 

圖 滑移鐵電調(diào)控堆垛雙層中非常規(guī)磁性的原理以及候選材料圖