物理学家发现反铁磁体中自旋电流的“并联电路”

左：反铁磁体可以作为携带Néel自旋电流的“并联电路”。右图：基于承载Néel自旋电流的反铁磁体的隧道结可被视为“电路”，两个铁磁隧道结并联连接。来源：邵定福

中国科学院合肥物理科学研究院（HFIPS）的一组物理学家揭示了反铁磁体的秘密，它可以加速自旋电子学，这是一种克服现代数字电子瓶颈的下一代数据存储和处理技术。

这一发现在《物理评论快报》上进行了报道。

自旋电子学是一个蓬勃发展的领域，利用磁性材料中的电子自旋来编码信息。自旋极化电流在自旋电子学中起着核心作用，因为它能够操纵和检测写入和读取 1 和 0 的磁矩方向。目前，大多数自旋电子器件都基于铁磁体，其中净磁化可以有效地旋转极化电流。

反铁磁体，具有相反的磁矩交替排列，研究较少，但可能承诺更快，更小的自旋电子器件。然而，反铁磁体的净磁化强度为零，因此通常被认为仅携带对自旋电子学无用的自旋中性电流。虽然反铁磁体由两个反平行排列的磁性亚晶格组成，但它们的性质被认为是在亚晶格上“平均”的，使它们独立于自旋。

带队的邵定福教授对这项研究有不同的看法。他设想共线反铁磁体可以作为“电路”，两个磁性亚晶格并联连接。考虑到这个简单直观的图景，邵教授和他的合作者从理论上预测，磁性亚晶格可以局部极化电流，从而导致隐藏在全球自旋中性电流中的交错自旋电流。

他将这些交错的自旋电流称为“Néel自旋电流”，以诺贝尔奖获得者Louis Néel的名字命名，他因有关反铁磁性的基础工作和发现而获得该奖项。

Néel自旋电流是反铁磁体的独特性质，从未被认识到。它能够产生有用的自旋依赖性，这些特性以前被认为与反铁磁体不相容，例如反铁磁隧道结中的自旋传递扭矩和隧道磁电阻，这对于反铁磁自旋电子学中的电写入和信息读取至关重要。

“我们的工作揭示了反铁磁体以前未开发的潜力，并为实现反铁磁自旋电子学的高效读写提供了一种简单的解决方案，”邵定福教授说。

更多信息：邵丁福等人，反铁磁体中的内尔自旋电流，《物理评论快报》（2023 年）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.130.216702

期刊信息：物理评论快报