Silicene Spintronics
自旋电子学涉及对固态系统中自旋自由度的主动控制和操纵的研究。石墨烯的自旋分辨特性激发了众多研究人员对石墨烯和其他二维材料的自旋电子学进行研究。硅烯是石墨烯的硅类似物，被认为是一种很有前途的自旋电子学材料。本文综述了硅烯的自旋相关性质，包括电场和交换场可调的拓扑性质以及相应的自旋电子器件模拟的理论进展。
2015-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic insulatronics: spintronics in insulating 3d metal oxides with antiferromagnetic coupling
反铁磁过渡金属氧化物是在基于自旋的电子学的背景下建立并广泛研究的材料系统，通常用作基于交换偏置的存储器件中的无源元件。目前，由于最近对长距离自旋输运、电流诱导开关和太赫兹发射的观察，主要的兴趣已经恢复。因此，绝缘过渡金属氧化物现在被认为是新型自旋电子器件中活性元素的有吸引力的候选者。在这里，我们讨论了一些最有前途的材料系统，并强调了最近在读取和写入反铁磁有序的进展。本文旨在对反铁磁绝缘电子学领域的研究现状和未来发展方向进行综述。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
CoRuVSi: A potential candidate for spin semimetal with promising spintronic and thermoelectric properties
基于我们的实验和理论研究，我们报告的四元Heusler合金，CoRuVSi作为最近发现的自旋半金属类的新成员的识别。自旋极化半金属具有独特的能带结构，其中一个自旋带显示半金属性质，而另一个显示半导体/绝缘性质。我们的研究结果表明，CoRuVSi具有有趣的自旋电子和热电性能。磁化数据揭示了在低温下的弱铁磁/反铁磁有序，只有非常小的磁矩$\sim$ 0.13 $μ_B$ /f.u.，归因于紊乱。输运结果提供了强有力的证据，半金属为主的两带传导，而磁阻数据显示非饱和，线性，积极的，磁阻。使用点接触Andreev反射光谱的自旋极化测量揭示了$\sim$ 50\%的相当高的自旋极化，这与模拟结果相当匹配。此外，CoRuVSi显示出高的$0.7$ $m Watt/ m-K^{2}$在室温下的热电势值与半金属带的主要贡献，使其作为一个有前途的热电材料，以及。我们的从头算模拟不仅证实了一个独特的半金属功能，但也揭示了能带结构主机的线性带交叉在$\sim$ -0.4 eV以下的费米能级纳入带反转。此外，所观察到的能带结构的拓扑非平凡特征与模拟的Berry曲率、本征反常霍尔电导率和费米面都得到了证实.在单一材料中共存许多与自旋电子学，拓扑学和热电应用相关的有趣特性是非常罕见的，因此这项研究可以促进类似的策略来识别属于同一类别的其他潜在材料。
2023-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
11,11,12,12-tetracyanonaphtho-2,6-quinodimethane in Contact with Ferromagnetic Electrodes for Organic Spintronics
自旋界面工程在有机自旋电子学中具有重要的作用，因为它可以改善自旋注入或提取。在这项研究中，11，11，12，12-四氰基萘并-2，6-醌二甲烷（TNAP）被引入作为界面层的Fe/TNAP的原型界面。利用近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）研究了Fe/TNAP体系的电子结构和磁性结构。观察到TNAP与Fe的强杂化和TNAP分子中N原子的感生磁化。XMCD求和规则分析表明，TNAP的吸附使Fe的自旋矩降低了12%。此外，在有机自旋电子学中常用的铁磁体如La_（0.7）Sr_（0.3）MnO_3和坡莫合金中也发现了TNAP的N-K边的诱导磁化，这使得TNAP成为一种非常有前途的有机自旋电子学自旋界面工程分子。
2018-05-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles characterization of ferromagnetic Mn5Ge3 for spintronic applications
在积极寻找潜在的有前途的候选人的自旋电子学应用，我们专注于金属间铁磁Mn5Ge3化合物和精确的第一性原理FLAPW计算内密度泛函理论。通过对体材料的电子结构和磁结构的研究，我们对总磁化强度、原子磁矩、金属导电特性和超精细场的计算结果与实验符合得很好，并从杂化机制和交换作用两个方面进行了解释.为了评估这种化合物的潜在自旋注入的目的，我们计算费米速度和自旋极化的程度，我们的结果预测一个相当高的自旋注入效率在扩散制度沿六边形c轴。磁光性质，如L_2，3X射线磁圆二色性也已报道，有待与实验数据进行比较。
2004-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical properties of three terminal magnetic tunnel junctions: spintronics meets spin-orbitronics
这封信介绍了一个微磁模型，能够在三个终端的磁性隧道结的磁化动力学特性，自旋转移力矩和自旋轨道力矩的影响被考虑在内。我们的研究结果预测，从技术角度来看，将这两个扭矩源电分离的可能性对于下一代纳米级自旋电子振荡器和微波探测器都是非常有前途的。提出了一种基于这三个终端设备并联的可扩展同步方案。
2013-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals Magnetic Electrode Transfer for Two-Dimensional Spintronic Devices
针对传统金属沉积损伤二维材料界面及铁磁电极转移难题，提出石墨烯辅助的无溶剂磁性电极转移技术，实现高性能两端与非局域四端2D自旋阀。
2024-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Nonlinear Hall Detection of the Néel Vector for Two-Dimensional Antiferromagnetic Spintronics
本文提出利用本征非线性霍尔（INH）效应高效检测二维反铁磁体中的Néel矢量，以单层MnX为例展示其信号强度远超传统材料，并通过电门控精确调控，为二维反铁磁自旋电子存储器件提供了新方案。
2023-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of Epitaxial Mn4N Thin Films Grown by Sputtering for Spintronic Applications
Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC)（巴塞罗那材料科学研究所）；Department of Physics, Marmara University（马尔马拉大学物理系）
本研究优化了溅射法生长Mn4N薄膜的条件，明确衬底对其结构与磁性的影响，揭示外延应变及界面效应对垂直磁各向异性的作用，证实其可实现高效电流诱导磁化翻转，为自旋电子器件提供了优质无稀土材料平台。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Structure, phase stability, half-metallicity, and fully spin-polarized Weyl states in compound NaV2O4: a new example for topological spintronic material
本文系统地研究了一种新型拓扑自旋电子材料NaV_2O_4的结构、相稳定性、半金属性和拓扑电子结构。该材料具有良好的动力学和热稳定性的四面体结构。它表现为半金属基态，在费米能级附近只有自旋上带。这些带在费米能级附近形成一个外尔节线，位于kz = 0平面内。在镜像对称的保护下，节点线对SOC具有鲁棒性。节线能带结构清晰，可以清晰识别鼓面表面状态。值得注意的是，节线和鼓面表面态具有100%的自旋极化，这对于自旋电子学应用是非常理想的。另外，通过在平面内移动磁场，我们发现外尔节点线可以转化为单对外尔节点。体材料中的外尔线和外尔结费米子以及表面的鼓面费米子都是完全自旋极化的，这可能会产生新的物理性质和有前途的应用。
2020-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Organic Spintronics
本文综述了有机自旋电子学的最新研究进展，即有机材料作为介质来传输和控制自旋极化信号。用于注入和检测自旋的接触由金属、氧化物或无机半导体形成。首先，自旋电子学和有机电子学的基本概念得到解决，特别是有机自旋电子学相关的现象突出。然后回顾了使用不同有机材料的实验，包括碳纳米管、有机薄膜、自组装单分子膜和单分子。所观察到的磁阻指向成功的自旋注入和检测，但寄生磁阻效应很容易与自旋积累混淆。一些研究报告了长自旋弛豫时间和长度，这为进一步研究奠定了有希望的基础。最后，我们将讨论悬而未决的问题和难题。
2007-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unconventional magnetoelastic behavior in Al rich CoFeAl Films with inverse Heusler like local order for flexible spintronics
National Institute of Science Education and Research (NISER)（印度科学教育研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Indo-Korea Science and Technology Center (IKST)（印韩科技中心）
本研究通过应变调控富铝CoFeAl薄膜，发现非传统磁弹响应源于逆Heusler类局域环境中交换劈裂与晶体场的竞争，为柔性自旋电子学提供可编程磁功能途径。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Perspectives in spintronics: magnetic resonant tunneling, spin-orbit coupling, and GaMnAs
自旋电子学因其兼具电荷和自旋的功能而受到人们的广泛关注。虽然在过去几年中分支到新的领域并创造新的主题，但主要目标仍然是电特性的自旋和磁控制，基本上是I-V特性，反之亦然。实现这些目标面临着巨大的挑战。一个挑战是找到铁磁半导体的利基应用，如GaMnAs。另一个是进一步发展铁磁金属/半导体混合异质结构的科学，作为全半导体室温自旋电子学的替代品。在这里，我们介绍了我们最近为应对此类挑战而采取的有代表性的措施。我们展示了如何通过结合两个磁共振二极管，或如何引入铁磁半导体作为共振隧穿二极管的有源区，导致数字磁阻和磁电电流振荡的新的efficts的数字磁阻。通过引入自旋轨道耦合场的概念，我们讨论了Fe/GaAs结中的隧穿各向异性磁电阻现象，并将其与全半导体结中的自旋轨道耦合场进行了类比。最后，我们看看基本的电子和光学性质的GaMnAs通过采用合理的紧束缚模型来研究无序效应。
2008-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of a high Curie temperature CoFeRuSn quaternary Heusler alloy for spintronic applications
本研究利用电弧熔炼技术合成了CoFeRuSn四元Heusler合金，发现其具有立方晶体结构、软铁磁性、4.15 μB/f.u.磁矩及半金属行为，高居里温度使其成为室温自旋电子学应用的理想候选材料。
2023-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study on spintronic and optical property prediction of doped magnetic Borophene
本研究基于第一性原理和密度泛函理论，分析了锂、钠、镁掺杂P6/mmm型硼烯的电子、磁学及光学性质，发现锂掺杂为最优异的自旋电子材料，适用于光电子器件设计。
2023-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
2D-Double transition metal MXenes for spintronics applications: surface functionalization induced ferromagnetic half-metallic complexes
MXenes是一种快速发展的二维（2D）材料，具有厚度，组成和功能化相关的出色性能，在不同领域具有应用。为了公开基于2D-双过渡金属（DTM）碳化物和氮化物的原始和表面官能化的MXene（M '2 M“X2 Tx，M'和M”= Cr，Mo，W; X = C/N; T = -F/-OH/=O）的纳米自旋电子学应用，已经使用自旋极化的第一性原理计算对结构稳定性、磁性和电子结构进行了系统的研究。从144种探索的基于DTM的MXene中筛选出36种稳定的官能化MXene。所探索的材料表现出惊人的性能，具有广泛的磁性基态，从非磁性到铁磁性，然后到反铁磁性，伴随着金属到半金属或无间隙半金属性质，这取决于过渡金属和终止基团。发现Mo和W基MXene是磁性的和金属的，而Cr-Mo和Cr-W基MXene是磁性的，具有不同的金属行为。W_2CrN_2O_2和Mo_2CrN_2O_2系统是铁磁半金属二维材料，在少数自旋通道中的直接带隙分别为1.35 eV和0.77 eV。对DTM MXene的全面研究提供了固有的半金属特性以及强大的铁磁性，开辟了一类具有可调磁性和电子特性的有前途的新型2D材料，用于纳米自旋电子学和电子学中的潜在器件应用。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Large-scale BN tunnel barriers for graphene spintronics
我们已经利用化学气相沉积（CVD）制成的可扩展材料制造了石墨烯自旋阀器件。自旋传输石墨烯和隧道势垒材料都是CVD生长的。隧道势垒由h-BN实现，其用作单层或双层并放置在石墨烯上。自旋输运实验进行了使用铁磁接触沉积到障碍。我们发现，由于电阻失配，自旋注入在具有单层隧穿势垒的器件中仍然受到很大的抑制。然而，对于具有双层屏障的器件，情况并非如此。对于这些装置，推导出CVD石墨烯材料固有的260 ps的自旋弛豫时间。该时间尺度与对于剥离的石墨烯所报道的时间尺度相当，这表明该CVD方法对于需要可扩展材料的自旋电子应用是有希望的。
2014-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Recent progress in perpendicularly magnetized Mn-based binary alloy films
本文综述了具有垂直磁各向异性的四元MnxGa和MnxAl薄膜的生长、结构表征、磁性及相关自旋电子器件的研究进展。本文第一部分简要介绍了垂直磁化材料在自旋电子学、磁纪录和永磁体等领域的应用需求，以及具有强垂直各向异性的四相MnxGa和MnxAl材料。第二部分和第三部分分别介绍了垂直磁化MnxGa和MnxAl的最新研究进展，包括它们的晶格结构、体合成、外延生长、结构表征、磁性和其他自旋相关性质，以及磁隧道结、自旋阀和自旋注入器等自旋电子器件。最后，对垂直磁化锰基二元合金薄膜的研究进行了总结和展望。
2013-09-03 cond-mat.mtrl-sci
A Primary Exploration to Quasi-Two-Dimensional Rare-Earth Ferromagnetic Particles: Holmium-Doped MoS2 Sheet as Room-Temperature Magnetic Semiconductor
近年来，具有强磁性的二维材料和纳米粒子在纳米自旋电子学的基础物理研究中也引起了人们极大的兴趣。更重要的是，具有高居里温度的室温磁性半导体材料对于开发下一代自旋电子和量子计算器件至关重要。在这里，我们开发了一个理论模型的基础上的密度泛函理论计算和Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida理论预测的二维磁性材料的热稳定性。与其他稀土（镝（Dy）和铒（Er））和3d（铜（Cu））杂质相比，掺钬（Ho掺杂）的单层1H-MoS 2被认为是具有强大磁性的有前途的半导体。在杂化HSE 06泛函水平上的计算预测居里温度远高于室温。Ho掺杂的MoS 2片具有完全自旋极化的价带和导带，这是柔性自旋电子应用的先决条件。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Electronic and Magnetic Properties of Double Transition Metal MCrCT$_2$ (M = Ti, Mo) Janus MXenes for Enhanced Spintronics and Nanoelectronics
本研究通过理论计算发现Janus MCrCT$_2$ (M = Ti, Mo) MXene具有本征铁磁性及多样的金属与半金属性，其中TiCrCO$_2$单层具有最高铁磁转变温度，不同表面端接展现出独特的磁各向异性及电流诱导切换行为，为自旋电子学应用提供了重要潜力。
2024-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Magnetic and Electronic Properties of Monolayer VI3 by 3d Transition Metal Doping: A First-Principles Study
具有强磁性的二维材料在自旋电子学中有着广阔的应用前景，引起了人们极大的关注。最近，本征铁磁三碘化钒（VI 3）已被实验合成。为了提高其自旋电子学性能，我们对VI 3进行了间隙掺杂，并用第一性原理计算研究了VI 3和3d过渡金属（TM）掺杂的VI 3单层膜的几何结构、形成能、电子性质和磁性.在八种过渡金属（Sc-、Ti-、V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-和Ni-）掺杂的VI 3材料中，其中四种（Ti-、V-、Mn-和Ni-掺杂的VI 3）显示出在费米能附近具有全自旋极化的稳健磁性。我们的研究表明，Ti掺杂的VI 3导致半金属半导体特性（HMS），而V掺杂的VI 3和Ni掺杂的VI 3导致半半导体特性（HSC）。令人惊讶的是，Mn掺杂的VI 3表现出不寻常的双极磁性半导体性质（BMS）。这种强铁磁性和100%自旋极化与半金属、半导体或双极半导体性质的独特组合使得3d TM掺杂的VI 3成为下一代半导体自旋电子应用的潜在候选者。这些自旋极化材料将是非常有用的自旋电流产生和其他自旋电子应用。
2021-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetism: Exploring New Frontiers in Magnetism and Spintronics
本综述介绍了兼具铁磁与反铁磁特性、净磁化强度为零的新型共线磁相altermagnetism（交替磁铁性），梳理其理论与实验研究进展、物理现象、诱导方法及候选材料，为该领域研究提供参考并推动其在技术与材料科学中的应用。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic phase of spinel compound MgV$_2$O$_4$ and its spintronics properties
尖晶石化合物MgV $_2$ O $_4$由于其奇异的量子磁态而被广泛地研究。然而，由于它在反铁磁（AFM）基态的固有绝缘性质，它在自旋电子学中的实际应用是相当有限的。在这里，基于第一性原理计算，我们研究的铁磁（FM）相的MgV $_2$ O $_4$，这被发现主机三维平带（FB）附近的费米能级，从而产生一个大的异常霍尔效应（AHE，$σ\approx 670\,Ω^{-1}\cdot cm^{-1}$）。计算结果表明，MgV $_2$ O $_4$具有良好的晶格匹配性，即使在与MgO界面作用后仍保持半金属性，是一种很有前途的自旋电子学自旋过滤材料.最后，我们探讨了通过应变和掺杂工程来稳定该FM相的实验可行性。我们的研究表明，实验上可达到的空穴掺杂量可能会引起AFM-FM相变。
2020-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-Field Control of Magnetic Order: From FeRh to Topological Antiferromagnetic Spintronics
使用电场而不是电流（或磁场）来定制磁性材料的电子特性对于实现超低能耗存储器件是有希望的，因为焦耳热的抑制，特别是当器件被缩放到纳米尺度时。综述了近年来在多铁性异质结构中通过电场控制的磁相变实现的变磁性金属间化合物FeRh的巨磁化强度和电阻率调制的研究结果。此外，该方法被扩展到拓扑反铁磁自旋电子学，这是目前受到关注的磁学社会，反铁磁序参量已经能够来回切换一个小的电场。最后，我们展望了通过电场方法在新兴的拓扑反铁磁自旋电子学领域中操纵奇异物理现象的可能性。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-Orbit Torque Switching of Noncollinear Antiferromagnetic Antiperovskite Manganese Nitride Mn$_3$GaN
非共线反铁磁体在自旋电子学领域具有取代铁磁体的超快高密度器件的潜力。为了充分利用非共线反铁磁在自旋电子学中的应用，实现对非共线反铁磁自旋的有效操控是非常重要的。在这里，使用的异常霍尔效应作为一个三角形的磁配置的电信号，自旋-轨道转矩开关，没有外部磁场的非共线反铁磁反钙钛矿锰氮化物Mn $_3$ GaN在室温下证明。霍尔信号行为的脉冲宽度依赖性和随后的弛豫表明，自旋-轨道扭矩起着更重要的作用比由于脉冲注入的热贡献。此外，还观察到了与脉冲电流密度有关的多态忆阻开关。这些发现推进了对非共线反铁磁自旋的有效控制，促进了此类材料在反铁磁自旋电子学和神经形态计算应用中的使用。
2021-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Tremendous tunneling magnetoresistance effects based on van der Waals room-temperature ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$ with highly spin-polarized Fermi surfaces
近年来，范德华磁性异质结构在自旋电子学中受到越来越多的关注。然而，vdW材料室温磁有序的缺乏在很大程度上阻碍了其在实际自旋电子学器件中的发展。最近发现的vdW铁磁体Fe 3GaTe 2具有室温以上的磁有序性和相当大的垂直磁各向异性，受其启发，我们利用第一性原理计算研究了Fe 3GaTe 2的基本电子结构和磁性以及Fe 3GaTe 2/Insulator/Fe 3GaTe 2结构的磁性隧道结（MTJ）中的隧穿磁电阻效应.研究发现，具有高度自旋极化费米表面的Fe 3GaTe 2确保此类磁性隧道结在室温下可以具有显着的隧道磁电阻效应，甚至可以与现有的传统AlOx和MgO基MTJ相媲美。我们的研究结果表明，Fe 3GaTe 2基MTJ可能是实现长时间等待的全磁vdW自旋电子器件的有前途的候选人。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Controllable magnetic anisotropy and ferroelasticity in superconducting FeSe monolayer with surface fluorine adsorption
通过密度泛函理论计算，发现氟吸附可调控FeSe单层的磁各向异性并引入多铁性，且磁性与铁弹性耦合，为自旋电子学器件提供平台。
2024-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism and nonlinear charge transport in NiFe2O4/γ-Al2O3/SrTiO3 heterostructure: Toward Spintronic Applications
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
该研究通过低温溅射法合成NiFe2O4/γ-Al2O3/SrTiO3异质结，发现其在低温下表现出磁二极管特性及显著的磁电整流效应，为高效自旋-电荷转换异质结的发展奠定基础。
2026-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Zn(x)Fe(3-x)O(4) Thin Films: A Spintronic Material with Tunable Electrical and Magnetic Properties
亚铁磁性尖晶石氧化物Zn（x）Fe（3-x）O（4）结合了高居里温度和自旋极化以及可调的电和磁性能，使其成为自旋电子器件的有前途的功能材料。我们用激光分子束外延技术在MgO（001）衬底上生长了0<=x<=0.9的外延薄膜，在纯Ar气氛和Ar/O2混合气氛中生长了具有优良结构特性的薄膜。我们发现，在生长过程中的电导率和饱和磁化强度可以在很宽的范围内调谐。我们对薄膜的广泛表征提供了这种尖晶石亚铁磁体在A和B子晶格上具有反平行Fe磁矩的基本物理学的清晰图像：（i）Zn取代从A子晶格去除Fe 3+矩和从B子晶格去除巡游载流子，（ii）在有限氧分压下的生长在B子晶格上产生Fe空位，也去除巡游载流子，和（iii）Zn替代和过量氧两者的应用导致补偿效应，因为Zn替代部分地去除Fe空位。载流子密度的降低（增加）导致双交换的减弱（加强），从而导致电导率和饱和磁化强度的降低（增加）。通过观察到饱和磁化强度与纵向电导率成比例，证实了这种情况。定制的薄膜与半导体材料如ZnO在多功能异质结构的组合似乎是特别有吸引力的。
2009-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Engineering spin-orbit effects and Berry curvature by deposition of Eu on WSe$_{2}$
受二维自旋电子学最新进展的启发，我们提出Eu沉积在1H-WSe $_2$上作为工程自旋轨道效应和Berry曲率的有前途的平台。通过基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们发现Eu/WSe $_2$具有很高的磁各向异性，自旋和轨道角动量的谷相关极化，以及它们的Rashba织构.这些起源于界面处的磁性和自旋轨道邻近效应以及Eu的局部$4f$磁矩和WSe的移动电荷载流子$_2$之间的相互作用。我们发现一个明显的反常霍尔效应在拟议的系统。因此，我们促进$4f$稀土金属沉积在过渡金属二硫属化物的顶部作为一个有前途的平台，二维自旋电子学。
2022-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New type of half-metallic fully compensated ferrimagnet
半金属全补偿亚铁磁体（HM-FCFMs）是一类特殊的半金属材料，在绝对零度下磁化强度为零，是下一代自旋电子学应用的理想材料。25年来，人们一直在进行理论研究，以实现HM-FCFM材料的实际应用。在这里，我们实验证明了一种NiAs型六方结构的（CrFe）S化合物，可以作为HM-FCFM材料。它具有半金属性质，具有100%自旋极化的费米表面和零磁化。此外，在低于约200 K的补偿温度下，磁化强度显示出作为磁场的函数的线性行为，在300 K下具有38 kOe的高磁化率。这些磁性特征有望为HM-FCFM层在自旋电子器件中的应用带来量子飞跃。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Quantum spin Hall effect and topological phase transitions in honeycomb antiferromagnets
虽然量子自旋霍尔（QSH）效应和反铁磁序构成了将基本自旋电子学概念嵌入未来技术的两个最有前途的现象，但迄今为止已知的几乎所有QSH绝缘体都是非磁性的。基于紧束缚理论和第一性原理理论，我们预测了二维蜂窝晶格反铁磁体由于时间反演和空间反演的对称性而表现出的QSH效应.我们确定功能化的锡膜实验上可行的例子，揭示了大的带隙，使这些系统的理想能源效率的自旋电子学应用。值得注意的是，我们发现，拉伸应变可以调整这些材料中的磁序，伴随着从QSH到量子反常霍尔相的拓扑相变。
2017-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing Interlayer Magnetic Coupling for Efficient, Field-Free Current-Induced Magnetization Switching in a Magnetic Insulator
针对磁性绝缘体因界面效应导致自旋相关作用弱、器件性能受限的问题，通过插入Co层利用金属-绝缘磁体交换耦合，将自旋轨道矩效率提升20倍以上，实现无外场电流诱导磁化翻转，为低功耗自旋电子器件提供新平台。
2024-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Spintronic properties and stability of the half-Heusler alloys LiMnZ (Z=N, P, Si)
锂基半Heusler合金由于其在光电子学中的潜在应用以及在自旋电子学应用中表现出大磁矩的可能性而引起了人们的广泛关注。由于半Heusler合金$β$ -LiMnZ（Z = N、P和Si）与亚稳态锌锰半金属的相似性，系统地研究了半Heusler合金在优化晶格常数和应变晶格常数下的电、磁和稳定性，显示出半金属性质。半赫斯勒结构的其他相（$α$和$γ$）也在这里报道，但它们不太可能生长。当Z = Si时，这些稳定的Li基合金的磁矩预计高达每晶胞4 $μ_{\mathrm{B}}$，当Z = N和P时，每晶胞5 $μ_{\mathrm{B}}$，然而，当Z是氮族元素时，反铁磁自旋构型在能量上是有利的。$β$ -LiMnSi的晶格常数比其平衡晶格常数大14%，由于其大的磁矩和振动稳定性，是一种有前途的自旋电子学应用半金属。确定了这些合金的修正斯莱特-鲍林规则。最后，一个合理的方法，用于开发半金属锂$_x$ MnZ在平衡状态下，通过调整$x$，进行了研究，但是，不同于四方化，这种类型的合金化引入局部结构的变化，破坏了半金属性。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A room temperature polar ferromagnetic metal
非中心对称化合物中长程磁序的出现激发了人们对奇异自旋输运现象和拓扑保护自旋织构在下一代自旋电子学中应用的可能性的兴趣。本文报道了一种新型纤锌矿结构的极性磁性金属材料（AA ′-stacked（Fe_（0.5）Co_（0.5））_（5-x）GeTe_2），该材料具有Neel型skyrmion晶格，室温下具有Rashba-Edelstein效应。原子分辨率成像的结构揭示了作为一个功能的Co取代的结构转变，导致极性相在50%的Co。这一发现揭示了一个前所未有的分层极性磁系统调查有趣的自旋拓扑结构和迎来了一个有前途的新框架自旋电子学。
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Robust intrinsic ferromagnetism in 2D half-metallic material MnAsS$_4$
二维（2D）本征半金属材料对于探索纳米自旋电子器件的激发物理和应用具有极大的兴趣，但是还没有这样的材料被实验实现。利用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，我们预测了单层MnAsS $_4$是一种二维本征铁磁（FM）半金属.单层MnAsS $_4$的半金属自旋带隙约为1.46 eV，并且在导带中具有约0.49 eV的大自旋分裂。蒙特卡罗模拟预测了居里温度（\emph{T} $_c$）约为740 K。在-5%~5%的双轴应变范围内，FM半金属性能保持不变。它的基态在费米能级上具有100%的自旋极化比，有望成为二维自旋电子学应用的候选材料。
2020-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of giant spin-orbit torque in a two-dimensional hole gas on the hydrogen-terminated diamond surface
研究在氢终止金刚石表面的二维空穴气中发现巨大自旋轨道转矩，其室温效率数倍于 Pt，为采用无毒常见元素的可持续自旋电子学提供新方案。
2024-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional steep-slope spintronic transistors with spin-gapless-semiconductor or spin-gapped-metal electrodes
本文提出以自旋无带隙半导体或自旋带隙金属为电极的多功能自旋电子FET，结合亚60 mV/dec开关、非局域巨磁阻和负微分电阻，并通过VS2/Ga2O2 FET模拟验证其低功耗高性能潜力。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Half-metallicity in honeycomb-kagome-lattice Mg3C2 monolayer with carrier doping
为了获得高集成度、高性能的自旋电子器件，二维半金属材料一直是人们研究的热点。在这里，我们提出了一种具有蜂窝-kagome晶格的稳定的2D材料，即，基于第一性原理计算的Mg3 C2单分子层。该单层在其基态下是反铁磁（AFM）半导体。我们进一步证明，在这种二维材料中，从AFM半导体到铁磁半金属的转变可以通过载流子（电子或空穴）掺杂来诱导。这种磁性转变可以用Stoner判据来理解。此外，半金属度对于电子掺杂的系统来自于碳（C）原子的2 pz轨道，而对于空穴掺杂的情况来自于C2 px和2 py轨道。我们的研究结果突出了一种新的有前途的材料，具有可控的磁性和电子性能，面向2D自旋电子应用。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Contrasting Light-Induced Spin Torque in Antiferromagnetic and Altermagnetic Systems
针对实验中难以区分净磁矩为零的反铁磁与交变磁系统的问题，提出利用线偏振光引发截然不同的非平衡局部自旋力矩，结合对称性分析、低能哈密顿量模型与第一性原理计算揭示两者差异，为自旋电子器件设计提供新视角。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Chiral Phonons Arising From Chirality-Selective Magnon-Phonon Coupling
Uppsala University（乌普萨拉大学）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）
针对手性声子产生调控难题，该研究通过第一性原理计算bcc铁的杂化准粒子态，证实反演对称磁系统中选择性磁振子-声子耦合可产生手性声子，为相关器件研发提供新路径。
2025-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Topological skyrmions in monolayer multiferroic MoPtGe2S6
本文通过第一性原理计算与微磁学模拟，揭示单层多铁性MoPtGe2S6在零磁场下可稳定拓扑斯格明子，并可通过电场和磁场调控其手性、磁化方向、拓扑电荷及尺寸，为电子调控自旋电子器件提供新途径。
2024-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Local Manipulation of Skyrmion Lattice in Fe3GaTe2 at Room Temperature
本文在范德瓦尔斯铁磁体 Fe3GaTe2 中实现室温本征斯格明子态，并利用变温磁力显微镜对其进行局域操控，证明该材料有望用于层状自旋电子存储器件。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Materials for Spin and Charge Conversion
自旋电子学旨在利用自旋自由度进行信息存储和计算应用。一个主要问题是通过自旋和电荷转换产生和检测自旋。近年来，量子材料表现出许多独特的自旋相关性质，可以作为有效的自旋和电荷转换的候选材料。在这里，我们回顾了最近的研究结果有关自旋和电荷转换的量子材料，包括Rashba接口，拓扑绝缘体，二维材料，超导体，和非共线反铁磁体。利用量子材料进行自旋和电荷转换的重要进展可以为开发未来的自旋电子器件铺平道路。
2018-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
All-electrically controlled spintronics in altermagnetic heterostructures
School of Science, Sun Yat-sen University（中山大学科学学院）；School of Physics and Materials Science, Guangzhou University（广州大学物理与材料科学学院）；School of Humanities and Basic Sciences, Shenzhen Institute of Information Technology（深圳信息职业技术学院人文基础学院）；Institute of Materials, Ningbo University of Technology（宁波工程学院材料研究所）；Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文学系）
本文提出利用具有开放费米面的d波交替磁体实现全电控自旋过滤和自旋阀，提供低损耗、无磁场的自旋电子学新平台。
2025-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Precession-free domain wall dynamics in compensated ferrimagnets
有效的铁磁自旋电子学的一个基本障碍是磁进动，这从本质上限制了磁织构的动力学。我们证明了当亚铁磁GdFeCo/Pt轨道中的自旋轨道扭矩驱动的DW中的净角动量被补偿（TAC）时，畴壁进动完全消失，并具有记录迁移率。我们使用横向面内场来揭示DW的内部结构，并提供了一个强大的和无参数的TAC测量。我们的研究结果突出了具有多个自旋晶格和减少的净角动量的材料中更快，更有效的动力学机制，有望用于高速，低功率自旋电子学应用。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magnetoresistance in Mn$_2$Au-based pure antiferromagnetic tunnel junction
反铁磁自旋电子学具有在磁场作用下的超高速和稳定性等优点。为了充分利用这一优点，器件应该是纯的，而不是与铁磁体或亚铁磁体混合。由于反铁磁体中的磁性被不同子晶格中的磁性所抵消，因此打破材料中的对称性可以恢复材料的固有磁性，这可以通过磁阻（MR）效应来检测。在纯AF器件中实现明显的MR效应是困难的，但对于AF自旋电子应用是必要的。本文基于第一性原理散射理论研究了Nb/Mn $_2$ Au/CdO/Mn $_2$ Au/Nb纯AF磁性隧道结（AF-MTJ）的隧道磁电阻（TMR）效应。在某些对称结中预测了1000%量级的巨TMR，这是由于与CdO和Mn $_2$ Au的k依赖复合能带结构相关的界面共振隧穿效应以及界面磁性原子的自旋极化增强所致.研究了偏压和Mn_2Au/CdO界面上的氧空位、锰空位和锰镉交换等界面无序对Mn_2Au/CdO复合材料性能的影响。我们的研究表明Nb/Mn $_2$ Au/CdO/Mn $_2$ Au/Nb AFMTJ是一种很有前途的AF自旋电子学应用材料，而岩盐CdO是一种很有潜力的自旋电子学应用对称滤波材料。
2023-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two dimensional magnets: Forgotten history and recent progress towards spintronic applications
本文综述了准二维、超薄膜、范德华晶体三类低维磁体的研究历史与现状，回顾低维磁学基础洞见，指出突破Mermin-Wagner定理临界温度限制的三种途径，介绍室温以上居里温度的原子级薄磁体实验进展，为自旋电子学应用研究提供参考。
2024-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Transport Spin Polarization of Noncollinear Antiferromagnetic Antiperovskites
自旋极化电流在自旋电子学中起着关键作用。最近，人们发现具有非自旋简并能带结构的反铁磁体即使在其净磁化强度为零的情况下也能有效地产生自旋反激电流。在具有支持该功能的磁空间群对称性的反铁磁金属中，非共线反铁磁反钙钛矿ANMn $_3$（A = Ga、Ni、Sn和Pt）特别有前途。这是由于它们的高Néel温度和与钙钛矿氧化物衬底的良好晶格匹配，提供了基于这些材料的高结构质量异质结构的可能性。本文采用第一性原理密度泛函理论研究了反铁磁ANMn $_3$金属的自旋极化。我们发现，在这些材料中的纵向电流的自旋极化是在广泛使用的铁磁金属相媲美，因此可以利用在磁性隧道结和自旋转移力矩器件。此外，对于某些薄膜生长方向，可以实现具有巨大的电荷-自旋转换效率的面外横向自旋电流，这意味着ANMn $_3$反钙钛矿可以用作有效的自旋源。这些性质使得ANMn $_3$化合物在自旋电子学中具有应用前景。
2021-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz signatures of ultrafast Dirac fermion relaxation at the surface of topological insulators at room temperature
拓扑保护的表面态提供了丰富的物理和有前途的自旋电子学，光电和光子应用，需要正确理解其超快载流子动力学。在这里，我们调查这些动态的拓扑绝缘体（TI）的铋和锑的硫族化物的家庭，在那里我们隔离狄拉克费米子的响应在表面的散装载流子的响应相结合的光激发与带隙以下的太赫兹（THz）光子与TI样品具有不同的费米能级，包括一个样品的费米能级位于带隙内。我们确定明显更快的弛豫载流子的拓扑保护狄拉克表面状态（几百飞秒），相比散装载体（几皮秒）。与这种快速冷却动力学一致，我们观察到太赫兹谐波产生没有任何饱和效应，增加入射场，不像石墨烯表现出强饱和。这为提高THz非线性转换效率以及高带宽光电和自旋电子信息和通信应用开辟了有希望的途径。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Combined Magnetic Imaging and Anisotropic Magnetoresistance Detection of Dipolar Skyrmions
磁skyrmions是一种局域化的粒子状非平凡漩涡，在构建高性能拓扑自旋电子器件方面具有重要的应用前景。Skyrmionic设备中的读出功能需要将磁Skyrmion转换为电信号。在这里，我们报告相结合的实空间磁成像和各向异性磁阻研究偶极skyrmions。使用洛伦兹透射电子显微镜成像观察到单个skyrmion链和单个skyrmion。同时，得到了Fe3Sn2纳米结构的各向异性磁电阻随磁场、螺旋度和Skyrmion数的变化关系.结果表明，Skyrmion的各向异性磁电阻与螺旋度无关，与Skyrmion数成正比。我们的工作可以促进基于skyrmion的自旋电子器件的读出操作。
2022-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature control of axial and basal antiferromagnetic anisotropies using strain
本研究通过施加应变在室温下调控a-Fe2O3的反铁磁各向异性，实现对齐磁态并保留拓扑纹理，为自旋电子学器件提供新机制。
2025-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of spintronic and electronic properties of bimetallic and vacancy-ordered vanadium carbide MXenes via surface functionalization
MXene是二维过渡金属碳化物，具有克服传统二维电子学局限性的高潜力。在这种情况下，各种MXene已经显示出适合于自旋电子学应用的磁性，但迄今为止报道的MXene的数量远远小于其母体MAX相。因此，我们研究了从新的$(V_{2/3}Zr_{1/3})_2AlC $ MAX相衍生的有序和空位有序的MXene的结构、电子和磁性，以评估MXene剥离是否会返回稳定的磁性材料。特别是，我们已经研究了原始的和表面官能化的$(V_{2/3}Zr_{1/3})_2CX_2$双和$(V_{2/3} \square_{1/3})_2CX2$空位有序的MXene与X = O，F和OH的性质。我们的密度泛函理论（DFT）计算表明，修改MXene化学计量和/或MXene表面官能化改变了MXene性质。在测试了金属图案和官能化的所有可能组合后，我们将$V_{2/3}Zr_{1/3})_2CX_2$、$(V_{2/3}\square_{1/3})_2CF_2$和$(V_{2/3}\square_{1/3})_2C(OH)_2$鉴定为稳定结构。其中，$(V_{2/3}Zr_{1/3})_2CO_2$ MXene被预测为FM本征半导体，具有非常高的居里温度（$T_C$），为270 K。$(V_{2/3}Zr_{1/3})_2C(OH)_2$ MXene表现出相当低的功函数（WF）（1.37 eV），因此是超低功函…
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient Electric Field Control of Magnetic Phase in Bilayer Magnets via interlayer hopping modulation
针对其他二维磁体难以实现静电调控层间磁耦合的问题，本研究发现双层Cr2Ge2Te6可通过压力/滑动增强层间跃迁，结合外电场实现FM-AFM相变调控，并构建四位置模型揭示其机制，为电可调自旋电子器件设计提供新思路。
2024-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
