（董健生）近日，我院董健生副教授研究团队指导研究生在二维反铁磁体的磁电耦合效应及其自旋-谷输运性质研究方面取得进展，相关成果分别以《Dual-switch control of a layer-locked anomalous valley Hall effect in a sliding ferroelectric antiferromagnet》和《All-electrical switching of spin texture in a strain-tunable 2D Janus ferroelectric altermagnet》为题，发表于物理学期刊《Physical Review B》和《Applied Physics Letters》。我院研究生申权、姚涛分别为论文的第一作者，董健生副教授和谭家宁博士为论文的共同通讯作者，吉首大学为第一单位。

工作一、滑移铁电-反铁磁体中层锁定反常谷霍尔效应的双开关调控

二维材料中铁电序与反铁磁序的集成为实现自旋与谷自由度的非易失性调控提供了有效途径，对推动自旋-谷电子学的发展具有重要意义。该工作以室温铁电-反铁磁双层VS₂为研究对象，基于第一性原理计算，揭示了其利用双开关机制对层锁定反常谷霍尔效应实现电学与磁学双重调控的物理机制。研究表明，层间滑移打破空间反演对称性，诱导出与层间反铁磁共存的、可翻转的面外铁电极化。同时，谷极化既可通过铁电极化翻转实现可逆切换，也可通过磁矩翻转进行调控，证实了谷态可被电学与磁学两种方式独立操控。值得注意的是，电开关与磁开关在调控谷、层及自旋方面功能等效，揭示了体系中存在强磁电耦合效应。本工作确立了二维多铁材料中多自由度协同调控的新范式，为多态存储及自旋-谷电子学逻辑器件的设计开辟了可行路径。

图1 四种不同构型下双层VS₂的谷极化及层锁定反常谷霍尔效应示意图

工作二、应变可调的二维Janus铁电-交错磁体中自旋纹理的全电学切换

交错磁体作为一种共线磁性相，因其动量依赖的自旋劈裂特性，被视为实现强磁电耦合效应的理想候选材料。该工作基于第一性原理计算，证实了单层Janus VOClBr的畸变相为本征二维铁电-交错磁体，其兼具强磁电耦合与应变可调的铁电性。研究表明，铁电切换可导致动量空间中的自旋极化发生完全反转，自旋纹理分析与磁光克尔效应均验证了这一特性。此外，该体系的铁电特性具有高度应变可调性：-4%的双轴压缩应变可使铁电极化翻转势垒降低约87%；而+3%的拉伸应变则驱动体系由交错磁态转变为反铁磁态。基于电控自旋纹理与磁光克尔效应信号之间的锁定关系，本研究提出了一种非易失性、多态自旋电子存储器，其可实现全电学写入与光学读出。本工作揭示了二维铁电-交错磁体中“电控自旋”的物理机制，为发展低功耗、非易失的多功能自旋器件提供了新的思路。

图2 铁电-交错磁单层Janus VOClBr的结构示意图及其在不同极化态下的能带结构

 

该工作得到了国家自然科学基金（批准号：12364007, 12264016）和湖南省教育厅重点项目（批准号：24A0366）的资助。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/88tx-k9f4

https://pubs.aip.org/aip/apl/article-abstract/128/12/122901/3384707

（一审：伍建华；二审：黄勇刚；三审：刘洪）