近日，北航自旋芯片与技术全国重点实验室赵巍胜教授、张悦教授团队在非共线反铁磁自旋电子学领域取得了重要突破。研究团队在高质量Mn₃Sn外延薄膜体系中首次发现了手性选择的非共线反铁磁态。通过群论分析、原子尺度第一性原理仿真、以及Dzyaloshinskii–Moriya相互作用（DMI）实验测量，团队系统揭示了矢量自旋手性（vector spin chirality）是实现拓扑存储的新关键物理量。该研究进一步发现，DMI效应能够有效调控矢量自旋手性，从而实现反常霍尔电导的完全反号转换。这一机制为理解非共线反铁磁体系中的自旋关联、拓扑输运以及功能调控提供了全新的物理视角。相关成果以Chirality-Selected Noncollinear Antiferromagnetic State为题在线发表于材料科学顶尖期刊Advanced Materials。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202516514
北航国新院许世杰副教授、张志仲副教授，中国科学院半导体所娄文凯研究员、孙书涵博士为论文共同第一作者。北航赵巍胜教授、张悦教授，阿卜杜拉国王科技大学张西详教授、浙江大学常凯教授为论文通讯作者。北航国新院为论文第一完成单位。
该工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等支持。浙江大学常凯教授、中国科学院半导体所娄文凯研究员提供了详细的群论分析，合肥致真精密设备有限公司为论文相关材料生长提供设备支持。
尽管“磁八极子”理论是解释非共线反铁磁中反常霍尔效应的主流框架，但这一观点并不具有普适性，特别是在理解非共面反铁磁体系（如Mn₃Pt、Mn₃Ir）以及交错磁性材料（如MnTe₂）时存在局限性。对于Mn₃Sn的反铁磁反常霍尔效应而言，C₃对称性的破缺可能是更具普适性的物理起源。
本研究中，团队依托国产自主研发的超高真空磁控溅射系统，成功制备出高质量Mn₃Sn外延薄膜。我们不仅在该体系中观察到显著的反常霍尔电导，而且在室温沉积具有强自旋轨道耦合的重金属Pt后，清晰检测到类Fert–Levy的Dzyaloshinskii–Moriya相互作用（DMI）。更重要的是，DMI能够有效调控Mn₃Sn的矢量自旋手性，从而实现反常霍尔回线的完全反号转换。浙江大学常凯教授团队的群论分析进一步证明，反常霍尔电导的反号源于矢量自旋手性的翻转。该成果加深了对外尔反铁磁Mn₃Sn中自旋手性本质的理解，实现了对非共线反铁磁态的手性选择调控，为发展高可靠、高性能磁存储器等后摩尔时代新型自旋电子器件奠定了重要理论基础。
图1：Fert-levy型DMI调控矢量自旋手性
图2：实现手性选择的反铁磁态
自旋芯片与技术全国重点实验室位于北航杭州国际校园，实验室瞄准集成电路国家重大战略需求，持续发挥原始创新策源地、高端人才蓄水池、科技成果孵化器的重要作用，有力服务国家高水平科技自立自强。
近年来，实验室致力于低功耗高速自旋电子器件的技术研发，在物理机制 、材料制备、器件工艺等层面都取得了一系列进展，已经在《自然·材料》（Nature Materials）、《自然·电子》（Nature Electronics）、《自然·通讯》（Nature Communications）等国际顶级期刊上发表一系列高水平论文。
（审核：董卓宁 陈龙飞 林晓阳）
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