欧洲杯

近日，欧洲杯 物质模拟方法与软件教育部重点实验室赵宏健教授等人在电场可控的非相对论性塞曼自旋劈裂方面取得进展。相关成果以“Electrically Switchable Nonrelativistic Zeeman Spin Splittings in Collinear Antiferromagnets”为题，发表于Phys. Rev. Lett. 135, 256704 (2025)。博士研究生於隆炬为本文第一作者，赵宏健教授为本文通讯作者，马琰铭院士和Laurent Bellaiche教授为本文合作者。

自旋电子信息器件利用电子自旋属性存储数据，其核心在于对自旋状态的高效操控。传统磁控方式易产生焦耳热，功耗较高；电场调控则可规避焦耳热，实现低功耗操控。然而，现有的电控自旋方案主要依赖自旋-轨道耦合，其伴生的自旋弛豫将引发自旋耗散，严重制约了自旋信息的长程输运。近期研究表明，在共线反铁磁材料中存在一种新型的“非相对论性塞曼自旋劈裂”现象（见文献[1-5]）。这类自旋劈裂不依赖于自旋-轨道耦合，却可通过外电场实现自旋的可逆操控。然而，该现象的物理机制尚未明确，相应的材料筛选准则也有待建立。

图：电场驱动非相对论性塞曼自旋劈裂的示意图

针对上述问题，研究团队基于自旋点群理论，揭示了电控非相对论性塞曼自旋劈裂的两种关键机制：线性磁电机制与双线性压磁电机制。研究进一步依据这两种机制，对相关自旋点群进行了系统分类，明确了实现线性磁电效应与双线性压磁电效应的晶体对称性条件，从而为筛选具有相应功能的反铁磁材料提供了指导原则。基于该理论框架，研究团队在FeOOH与NaMnP中预测了电控非相对论性塞曼自旋劈裂。此项研究有望为设计低耗散、低功耗的反铁磁自旋电子器件开辟研究途径。

本工作得到了国家自然科学基金和小米青年学者等项目的支持。

参考文献：

[1] H. J. Zhao et al., Phys. Rev. Lett. 129, 187602 (2022).

[2] R.-W. Zhang et al., Phys. Rev. Lett. 133, 056401 (2024).

[3] L. L. Tao et al., Phys. Rev. Lett. 133, 096803 (2024).

[4] L.-D. Yuan et al., Nat. Commun. 14, 5301 (2023).

[5] Y. Liu, et al., Phys. Rev. Lett. 134, 116703 (2025).

链接：

//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/96gy-sn83