近日，太阳成tyc7111cc董帅教授团队在电场调控超快磁矩翻转的物理机制研究中取得进展，相关研究成果以“Magnetoelectric torque in polar magnetic bilayers”为题发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。
电控磁矩翻转不仅在凝聚态物理基础研究中备受关注，而且在新型低功耗自旋电子器件应用中潜力非凡。目前主流的电控磁矩翻转技术主要是基于自旋转移矩和自旋轨道矩，二者都需要电流的注入，因此焦耳热难以避免，这使得该类器件的功耗不尽如人意。而磁电多铁材料提供了一种借助纯电场来翻转磁矩的可能，从而可以避免因电流注入而引发的焦耳热，理论上来说更加节能。但是，目前的研究更多局限于离子位移作为媒介的第一类多铁体中，这使得磁矩翻转速度受限于离子的移动速度。随着二维材料的研究不断深入，研究者们发现二维系统中的磁电效应往往表现出不同于三维系统的行为。比如，在二维范德华磁体中(如CrI3)，可以通过静电掺杂调控电子结构，进而影响层间磁耦合，实现磁矩翻转，但掺杂有可能破坏体系的绝缘性从而导致漏电。
针对以上问题，董帅教授团队提出了一种磁电转矩机制来实现电场可控的超快磁矩翻转。结合理论模型、第一性原理计算和原子尺度模拟，该研究对磁电转矩的产生机制及磁矩翻转过程进行了充分的研究，并揭示了其中太赫兹频率的超快自旋动力学起源。不仅如此，该磁电转矩机制不依赖于自旋轨道耦合，且在二维范德华极性磁双层中具有较强的普适性。
论文第一作者为太阳成tyc7111cc博士生申中，姚晓燕教授和董帅教授为共同通讯作者，参与该工作的还有太阳成tyc7111cc博士后陈军。东南大学为论文唯一完成单位。该工作得到国家自然科学基金、江苏省研究生科研创新计划、江苏省优秀博士后人才资助计划及中国博士后科学基金、东南大学量子材料与信息器件教育部重点实验室以及东南大学大数据计算中心的计算资源支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/l5fd-kpn5
审核：苗霖