褚君浩院士团队在反铁磁领域发现普适理论

11月9日，记者从华东师范大学获悉，华东师范大学信息科学与技术学院朱俊浩院士的团队在二维反铁磁领域取得了重要突破:二维A型反铁磁提出了实现100%自旋极化的普适理论，并设计了新的二维自旋场效应晶体管模型，这被认为是反铁磁应用的一个重要进展。研究结果最近发表在美国科学院院刊(PNAS)上。国际权威评论家对这一发现非常兴奋，认为这是“一个令人惊讶的结果”

据悉，这项研究是由华东师范大学与加州大学伯克利分校的张翔院士(现任香港大学校长)合作完成的。

20世纪70年代，法国科学家内尔因在反铁磁方面的研究成果获得了诺贝尔奖。反铁磁具有重要的理论研究价值，但零宏观磁矩使其磁结构难以测量，严重限制了其实际应用。

2017年，张祥院士在实验中首次获得了二维铁磁材料Cr2Ge2Te6，激发了人们对二维磁性材料研究的兴趣。然而，迄今发现的二维磁性材料中有很大一部分是反铁磁的，这使得大量关于二维磁性材料的研究再次停止应用。

因此，当测试两层二维磁性材料Cr2Ge2Te6、VSe2等的电子结构时。研究小组发现，当两层材料的各层进行反铁磁交换时，施加垂直电场可以很容易地实现100%自旋极化的半金属化性质。进一步的分析表明，利用半导体双层A型反铁磁材料(层内反铁磁材料、层间反铁磁材料)来获得半金属性质是一个普遍的理论。

专家表示，这项研究的意义在于利用双层A型反铁磁材料的半金属化特性实现一种新型自旋场效应晶体管。(当垂直电场大于临界电场时，可以获得100%的上部自旋极化流(蓝色)，并且通过反转所施加的电场的方向可以获得100%的下部自旋极化流(红色)。)1990年达塔提出的自旋场效应晶体管的性能取决于对沟道中电子自旋进动的精确控制。尽管这一理论引起了广泛关注，但在实验中很难精确控制自旋进动状态。

第一作者、副研究员龚士敬告诉《中国科学》，“我们用电场来调节A型反铁磁物质的电子结构。实验简单方便，基本原理与达塔-达斯自旋场效应晶体管完全不同。通过与实验伙伴的多次讨论，我们在论文中增加了大量关于实验可行性的讨论，并详细阐述了在实现新型自旋场效应晶体管时可能遇到的实际问题，包括器件的工作温度、二维磁畴的大小、电极的影响以及二维磁性材料的厚度对器件性能的影响等。因此，这项研究工作不仅在理论上新颖，而且为今后的实验研究提供了足够详细的指导

"这一发现让研究小组大吃一惊。"朱俊浩院士说:“基础研究的原始发现非常重要。它的重要性通常不会随着应用领域的技术突破而被接受。因此，做基础研究需要足够的耐心和毅力，而一个坚实的基础足以保持力量。此外，应创造条件加强合作，包括实验和理论合作、国内和国际合作，在自己的研究领域做大做强，形成自己的特色。”

相关论文信息:http://www.pnas.org/content/115/34/8511