近日，西安交通大學科研團隊在二維范德華多鐵異質結實驗研究中取得重要突破。研究人員在Fe3GaTe2/CuInP2S6多鐵異質結中，率先在室溫下實現了顯著的鐵磁性的非易失電場調控。該成果通過宏觀電學測試和微觀磁疇成像多維驗證了鐵電極化對磁疇的調控效應，并結合第一性原理計算和微磁模擬，揭示了鐵電極化打破反演對稱性，誘導Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI），進而調控磁性的核心機制。
該成果5月28日在線發表于國際材料領域知名期刊《先進材料》（Advanced Materials）。西安交通大學材料學院博士研究生趙含章為論文第一作者，教授閔泰與教授李桃為共同通訊作者。
西安交通大學供圖。
在自旋電子學領域，實現磁性的電場調控是降低器件能耗的核心策略之一。近年來，理論上預言了多種二維范德華多鐵異質結構具備磁電耦合潛力，但是實驗驗證仍極度匱乏，并且由于大多二維磁性材料居里溫度低、環境穩定性差等問題，在室溫下實現穩定、可重復、非易失的電控磁行為仍面臨巨大挑戰。本研究構建的Fe3GaTe2/CuInP2S6范德華異質結，依托新型二維鐵磁材料Fe3GaTe2的室溫磁性及其與CuInP2S6的層間耦合特性，在常溫大氣環境下成功實現了穩定、顯著的非易失電場調控磁性翻轉，為二維磁電調控器件的實用化邁出了關鍵一步。
團隊圍繞該異質結從多個尺度開展了系統研究。通過霍爾測試顯示出磁滯回線隨極化電壓的顯著變化，表明磁性狀態可被穩定調控；以磁力顯微鏡成像清晰捕捉了磁疇在電場、磁場、溫度作用下的動態演化過程；通過第一性原理計算揭示了極化態誘導的界面DMI增強效應；結合微磁模擬復現了霍爾測試中觀察到的磁化翻轉行為。研究表明，電極化驅動的界面DMI調控機制能夠降低磁疇壁形成能、促進磁疇的非協同（non-coherent）翻轉，從而實現鐵磁性的非易失調控。
本項研究不僅實現了全二維異質結構在室溫下的磁電耦合調控，還在理論機制與實驗觀測之間構建了高度一致的物理圖像，為后續自旋電子器件的功能設計與材料開發提供了參考，使其在低功耗存算器件、拓撲磁結構調控等領域具備廣闊的應用前景。
該項工作得到了國家重點研發計劃項目的支持。
論文相關信息：https://doi.org/10.1002/adma.202500534