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重要进展。团队在高质量RuO2外延单晶薄膜体系中发现了各向异性的隧穿磁电阻效应，且通过X射线磁圆二色谱、X射线磁线性二色谱、交换偏置等证明了室温反铁磁性的存在。该工作发现了室温共线反铁磁的隧穿效应，证明了RuO2是实现磁性存储的可选材料，为理解反铁磁自旋相关现象提供了新思路。相关研究成果以“Giant Spin-flop magnetoresistance in a collinear antiferromagnetic tunnel junction”为题在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62695-w
北航国新院许世杰、张志仲、程厚义为论文第一作者，赵巍胜教授、张悦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。
国产高精度超高真空磁控溅射设备为论文相关材料生长提供设备支持，安徽大学周仕明教授对反铁磁材料交换偏置研究提供了指导。
虽然交变磁性或自旋中性电流可能诱导隧穿磁阻效应（TMR），但RuO₂中交变磁性的存在近期仍存在争议，因此该体系中是否存在由交变磁性驱动的TMR效应尚不明确。至于RuO₂的反铁磁性，仅依赖角分辨光电子能谱（ARPES）可能不足以提供确凿证据，因为类似的光谱实验结果既可以在磁性理论框架下解释，也同样能够在非磁性理论框架下得到合理说明。
研究团队使用国产单原子层级精度超高真空磁控溅射系统，制备了高质量的RuO₂单晶薄膜，发现在RuO₂中不仅存在反铁磁性，而且存在由于spin-flop现象导致的隧穿磁电阻效应。而且隧穿磁电阻效应可能和晶体对称性相关，导致了各向异性的磁电阻效应。这项工作有利于我们深入了解RuO₂体系的磁性特征，实现高达60%的磁信号高效读取，为高可靠、高性能磁存储器等新型后摩尔时代集成电路器件研制奠定基础。
△图1：高质量RuO₂全外延薄膜的隧穿磁电阻效应
△图2：不同磁场下的X射线吸收光谱
（审核：董卓宁 陈龙飞 林晓阳）
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