2025年11月7日，Adv. Sci. 在线发表了华中科技大学、伍伦贡大学、佛罗里达州立大学的研究论文，题目为Lithium and Vanadium Intercalation into Bilayer V2Se2O: Ferrimagnetic–Ferroelastic Multiferroics and Anomalous and Spin Transport。华中科技大学为第一单位，博士生张龙为第一作者，华中科技大学高国营、伍伦贡大学王啸天和程振祥、佛罗里达州立大学倪广鑫为共同通讯作者；山东师范大学刘宇欣和任俊峰、重庆邮电大学丁光前为该研究提供了有益讨论。
近年来，交错磁体(altermagnet)作为新兴磁性材料引起了广泛关注。其独特的非相对论性、动量依赖的自旋劈裂和全补偿的净磁矩为自旋电子学提供了新的平台。然而，交错磁体的自旋劈裂通常局限于动量空间中的某些高对称点，这限制了其在实际器件中的应用。
本研究提出了插层驱动的材料设计策略，基于最近报道的室温交错磁K和Rb插层 V2Se2O 家族，以V2Se2O 为代表体系，利用Li电化学插层和V自插层，通过密度泛函理论、瓦尼尔函数、蒙特卡洛模拟、非平衡格林函数方法，系统研究了Li和V插层对双层V2Se2O在磁性、电子结构、铁弹性及自旋输运方面的调控机制。
研究发现，(1) 插层诱导多铁性：Li或V插层使V2Se2O双层从交错磁单铁性转变为层内亚铁磁+层间铁磁耦合和铁弹性，铁弹信号强度约为1%。Li和V插层体系的磁临界温度分别达到358 K和773 K。(2) 可控磁各向异性：Li和V插层使得V2Se2O双层由面内各向同性转变为面内单轴各向异性。(3) 电子结构调控：Li和V插层诱导金属化，Li插层增强自旋劈裂；V插层则实现半金属性。(4) 反常霍尔效应：插层能够调控反常霍尔效应。(5) 自旋输运特性：插层V2Se2O的异质结器件表现出877%的巨磁阻、约12000%的热隧穿磁阻，以及近乎完美(100%)的自旋过滤效率。
图1: 插层V2Se2O双层的多功能物性示意图。
图2：Li和V插层前后的磁态能量差(a)，磁各向异性能(b)，磁交换相互作用(c)，原子磁矩(d)和磁转变温度(f-h)，以及可调的磁交换作用示意图(e)。
图3：Li和V插层诱导的电子结构改变示意图。
图4：基于Li和V插层V2Se2O双层的巨磁阻器件和隧穿磁阻器件的自旋依赖的动量空间的输运系数。
该研究揭示了插层交错磁得到的多功能物性，这将拓展交错磁的调控和应用，为多铁和自旋电子器件的集成提供了方案。该插层策略不仅适用于V2Se2O双层，还可以推广至其它层状交错磁体系。
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Long Zhang, Yuxin Liu, Junfeng Ren, Guangqian Ding, Xiaotian Wang,* Guangxin Ni,* Guoying Gao,* and Zhenxiang Cheng.* Lithium and Vanadium Intercalation into Bilayer V2Se2O: Ferrimagnetic–Ferroelastic Multiferroics and Anomalous and Spin Transport. Adv. Sci., 2025, e12533. https://doi.org/10.1002/advs.202512533
