西安交大科研人员在非易失性磁性调控领域取得新进展

随着现代技术的不断发展，铁磁材料薄膜被广泛应用于存储器中。其中通过对电子自旋属性的调控将逻辑运算和高密度信息存储相结合，是电子信息领域的重大关键技术。然而，传统的电流驱动自旋翻转不可避免地存在高温发热问题，限制了器件制备的微型化与性能的稳定性。时至今日，尽管电压调控磁各向异性技术（VCMA）得到了快速发展，但仍存在一些问题，比如高工作电压、压电材料难以集成化以及存在界面化学腐蚀等。由此可见，寻找新的自旋调控方式，设计新的低功耗自旋存储单元是自旋电子学器件的重要研究热点。

针对这一科学问题，西安交通大学电信学部电子科学与工程学院刘明教授团队开发了光伏/铁磁异质结，引入中间缓冲层，实现了自然光对自旋翻转的非易失性调控。当Ta为中间层时，饱和磁化强度（Ms）降低了8.3 %并且展现出非易失性。这是由于Ta原子5d电子轨道具有更高的能级，会导致部分光电子停留在铁磁层中，从而实现器件的三重自旋态变化。这一设计为下一代具有快速响应和低能耗的自旋电子器件拓宽了视野与思路，对新型光伏自旋电子器件应用提供重要思路与指导意义。

图a为测试方法示意图、器件结构PN-Si/Ta/CoFeB/Cu示意图与截面TEM

图b为不同光强下Ta作为插层结构的磁化强度变化

图c为在开光/关光下的自旋态非易失性变化。

该研究结果以“光伏/铁磁中的太阳光诱导三态自旋存储器”(Sunlight-Induced Tri-State Spin Memory in Photovoltaic/Ferromagnetic)为题在国际著名期刊《今日纳米》（Nano Today）上在线发表。西安交通大学电子学院为第一通讯单位。电信学部赵一凡副教授为第一作者，博士生杜雨婧为共同一作，电子学院周子尧教授、西安交通大学材料学院王蕾副教授和中国科学技术大学李倩教授为论文共同通讯作者。这一工作是刘明教授团队自2019年开展光磁耦合研究以来取得的又一成果，前期工作相继发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）、《先进科学》（Advanced Science）、《纳米研究》（Nano Research）、《美国化学协会-应用材料&界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）、《纳米尺度》（Nanoscale）、《合金化合物》（Journal of Alloy and Compounds）等期刊上。该研究方向提供了一种利用自然光实现磁性非易失性调控的替代方法，为实现低功耗自旋电子信息存储器件的研发铺平了道路。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S174801322200233X

刘明教授团队主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/mingliu