【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質究院強磁場中心低功耗量子材料研究團隊屈哲研究員、許錫童項目研究員與組合顯微測試系統孟文杰副研究員，及中國臺灣成功大學張泰榕教授等合作，提出在塊材籠目單晶中實現自旋閥效應的新機制，并成功演示了基于籠目量子磁體TmMn6Sn6的微自旋閥原型器件。相關成果發表于國際期刊Nature Communications。
 

　　自旋閥器件廣泛應用于磁性傳感中，主要由鐵磁層/非磁間隔層/鐵磁層三層薄膜構成。該結構通過調控鐵磁層間的相對磁取向改變自旋散射強度，從而實現巨磁阻效應(GMR)。然而，這種三明治結構的自旋閥器件需通過原子級平整的外延生長、濺射沉積，或范德瓦爾斯異質結的精確機械堆疊來實現，工藝復雜且對穩定性要求極高。
 

　　針對上述問題，研究團隊另辟蹊徑，提出利用籠目螺旋磁體中的層間阻挫磁相互作用實現自體自旋閥效應的新機制：外加磁場可將籠目螺旋磁體調控到一種特殊的平行多疇態，從而實現類似于傳統自旋閥中人工多層膜結構的磁疇構型。按照這一思路，研究團隊構筑了基于籠目螺旋磁體TmMn6Sn6的介觀器件，通過輸運實驗證實其具有超過160%的GMR效應。團隊進一步利用穩態強磁場實驗裝置超導磁體SM2搭載的磁力顯微鏡(MFM)系統進行磁疇成像，獲得了該自旋輸運效應來自平行疇散射的直接證據。理論模型揭示了籠目螺旋磁體中自旋閥效應具有高度可調控特性。這一發現突破了傳統自旋閥的復雜薄層結構限制，為發展基于量子磁體的低功耗自旋電子器件提供了新思路。
 

　　該工作以“Giant self spin-valve effect in the kagome helimagnet”為題，于2025年3月17日在線發表于Nature Communications上，許錫童、劉永來博士、趙科森博士、林哲民博士為本文共同第一作者，許錫童、孟文杰、張泰榕和屈哲是本文的共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、中國科學院建制化科研平臺項目、安徽省重大專項、安徽省杰青等項目的支持。
 

　　圖 (a)基于籠目螺旋磁體的自旋閥效應示意圖；(b)籠目螺旋磁體TmMn6Sn6在磁場下MFM成像；(c)電流平行于樣品螺磁軸時的非對稱磁阻，巨磁阻效應的幅值可達160%以上；(d)電流垂直螺磁軸時的非對稱磁阻。