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西安交大科研团队在二维范德华多铁异质结研究中取得突破性进展

近期，西安交通大学科研团队在二维范德华多铁异质结领域的实验研究中取得了重大进展。研究团队在fe3gate2/cuinp2s6多铁异质结中首次在室温条件下实现了明显的铁磁性非易失性电场控制。这一成果通过宏观电学测量及微观磁畴成像等多种方式验证了铁电极化对磁畴的调控效果，并借助第一性原理计算与微磁模拟，阐明了铁电极化破坏反演对称性，引发dzyaloshinskii-moriya相互作用（dmi），从而调控磁性的关键机理。

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这项研究成果以《室温下范德华多铁异质结构中铁磁性的非易失性电场调控》（Nonvolatile Electric Control of Ferromagnetism in Van Der Waals Multiferroic Heterostructures at Room Temperature）为标题，于5月28日在线发表于国际知名的材料科学期刊《先进材料》（Advanced Materials）。西安交通大学材料学院博士研究生赵含章担任论文的第一作者，而闵泰教授与李桃教授则为共同通讯作者。

在自旋电子学领域，实现磁性的电场调控被认为是降低器件能耗的重要手段之一。近年来，理论预测指出多种二维范德华多铁异质结构具有磁电耦合的可能性，然而实验验证依然十分稀缺，同时由于大多数二维磁性材料存在居里温度低、环境稳定性差等问题，在室温下达成稳定、可重复且非易失的电控磁行为依旧充满挑战。本研究构建的FeGaTe/CuInPS范德华异质结，利用新型二维铁磁材料Fe3GaTe2的室温磁性和其与CuInP2S6之间的层间耦合作用，在常温大气环境中成功实现了稳定且显著的非易失电场调控磁性翻转，为二维磁电调控器件的实际应用奠定了坚实基础。

（a）器件磁滞回线随极化电压的变化趋势；（b）Fe3GaTe2/CuInP2S6异质结中磁畴在外磁场作用下的演变；（c）第一性原理计算显示CuInP2S6不同极化状态下Fe3GaTe2的Fe原子磁矩、各向异性能以及DMI系数；（d）第一性原理计算揭示界面电荷转移是导致Fe3GaTe2对称性破坏的主要因素；（e）微磁模拟再现霍尔测试实验结果。

研究团队针对该异质结展开了系统的多尺度研究。霍尔测试结果显示磁滞回线随着极化电压的变化呈现出显著差异，这表明磁性状态可以被稳定地调控；磁力显微镜成像技术清晰记录了磁畴在外加电场、磁场和温度影响下的动态演化过程；通过第一性原理计算揭示了极化态诱导的界面DMI增强效应；结合微磁模拟重现了霍尔测试中观察到的磁化翻转现象。研究发现，由电极化驱动的界面DMI调控机制能够减少磁畴壁形成能，推动磁畴的非协同翻转，进而实现铁磁性的非易失调控。本研究不仅实现了全二维异质结构在室温下的磁电耦合调控，还构建了理论机制与实验观测之间高度一致的物理模型，为未来自旋电子器件的功能设计与材料开发提供了重要参考，使其在低功耗存算器件、拓扑磁结构调控等方面展现出巨大的应用潜力。

此项目获得了国家重点研发计划项目的资助。

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