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一、【导读】

反铁磁体是所有磁性有序材料中最丰富的，通常由两个或多个磁性子晶格组成，这些磁子晶格的排列方式使净磁化消失。尽管反铁磁体一直被用作磁隧道结（MTJ）中的辅助交换偏置材料，但近年来反铁磁性自旋电子学的出现为其在自旋电子学器件中作为关键功能材料开辟了多种可能性。反铁磁体的反铁磁交换耦合使得其具有超快太赫兹（THz）自旋动力学；近乎为零的杂散磁场使得反铁磁自旋电子器件可以紧密封装，而无需使用非磁性间隔物。这些特性使它们成为下一代皮秒响应和高密度信息载体的理想候选者。然而，大多数基于相对论各向异性磁阻机制的反铁磁性自旋电子器件在室温下表现出非常小（~0.1%）的电信号输出，这在很大程度上阻止了反铁磁体在实际信息设备中的应用。

二、【成果掠影】

近日，北京航空航天大学刘知琪教授、蒋成保教授联合华中科技大学张佳副教授以及中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所曾中明研究员共同描述了共线反铁磁体MnPt和非共线反铁磁Mn₃Pt之间的室温交换偏置效应，它们一起类似于铁磁体-反铁磁体交换偏置系统。随后使用这种奇异效应来构建具有大的非易失性室温磁阻值的全反铁磁隧道结，其非易失性室温磁阻值最大约为100%。原子自旋动力学模拟表明，MnPt界面处无补偿的局域自旋产生了交换偏置。第一原理计算表明，显著的隧穿磁阻源于动量空间中Mn₃Pt的自旋极化。全反铁磁隧道结器件，其杂散场几乎消失，自旋动力学增强到太赫兹水平，可能对下一代高集成和超快存储设备至关重要。相关研究成果以题为“Room-temperature magnetoresistance in an all-antiferromagnetic tunnel junction”发表在知名期刊Nature上。

三、【图文导读】

图一、AATJ器件示意图 © 2023 Springer Nature

图二、共线反铁磁体与非共线反铁磁体之间的交换耦合 © 2023 Springer Nature

图三、室温下运行的AATJ © 2023 Springer Nature

图四、AATJ的TMR理论计算 © 2023 Springer Nature

四、【总结展望】

综上，研究人员描述了共线和非共线反铁磁体之间的交换偏置效应，理论研究发现是由MnPt中未补偿自旋和Mn₃Pt中自旋之间的界面交换相互作用引起的。基于这种奇异效应开发的AATJ器件能够实现类似于传统铁磁隧道结的大室温非易失性TMR。TMR效应源于非共线反铁磁体Mn₃Pt费米表面的自旋分裂。考虑到非共线反铁磁体表现出可忽略的杂散场和高达太赫兹的超快自旋动力学，这种类型的AATJ可以促进反铁磁体作为高集成皮秒响应信息设备的核心元件的应用。此外，非共线反铁磁体的动量空间中的自旋分裂可以产生大的TMR还得到了实验验证。

文献链接：Room-temperature magnetoresistance in an all-antiferromagnetic tunnel junction (Nature 613, 485-489 (2023))

本文由赛恩斯供稿。