中国科大提出电磁协同操控反铁磁序新策略

近日，我校合肥微尺度物质科学国家研究中心国际量子功能材料设计中心与物理系乔振华教授课题组与深圳大学王健教授合作，在反铁磁自旋电子学研究中取得新进展。研究成果以 “Nonlinear Magnetoelectric Edelstein Effect”为题，发表在国际知名物理学期刊《物理评论快报》上。

反铁磁材料因具有零净磁矩、抗外磁场干扰和超快动力学等特点，被认为是发展新型自旋电子学器件的重要平台。然而，如何有效操控和探测反铁磁Néel矢量仍是该领域的关键难题。

针对这一问题，研究团队提出了一种新的非线性自旋响应机制，即非线性磁电Edelstein 效应。该效应由电场和磁场共同驱动，可诱导自旋磁化。研究发现，其内禀贡献来源于自旋空间贝里曲率偶极矩，外禀贡献来源于自旋空间量子度量偶极矩，从而揭示了该效应的量子几何起源。

图：非线性磁电Edelstein效应在反铁磁自旋电子学中的作用示意图。

进一步的研究表明，在宇称-时间对称反铁磁体中，内禀非线性磁电Edelstein效应可以产生交错自旋磁化，进而诱导出Néel自旋-轨道力矩，实现对反铁磁序的操控；而外禀贡献则可用于探测Néel矢量翻转。以 CuMnAs 为例，理论估算表明该效应可以产生显著的有效磁场，具有极大的实验可观测性。研究还发现，该内禀效应作为Fermi-Sea响应，也可存在于绝缘体系中。该工作建立了电场和磁场协同调控自旋磁化的新机制，为反铁磁序的操控与探测提供了量子几何新路径，也为反铁磁自旋电子学器件设计提供了理论基础。

我校物理系24级博士研究生贾进雄为论文第一作者，乔振华教授和深圳大学王健教授为共同通讯作者。该研究得到科技创新2030重大项目、国家自然科学基金以及中国科学技术大学超级计算中心等支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/r3x2-kb93

(合肥微尺度物质科学国家研究中心国际量子功能材料设计中心、物理学院、科研部）