东北大学和麻省理工学院(MIT)的研究人员揭示了当电流应用于一种称为非共线反铁磁体的新型磁性材料时，反常动力学的代表性效应。他们的研究结果发表在2023年8月3日的《自然材料》杂志上。

近年来，非共线反铁磁体引起了极大的关注。它们具有与传统磁性材料不同的特性——在传统的共线磁体中，磁矩以共线方式排列。然而，在非共线的情况下，力矩彼此之间形成有限的角度。科学家将这些非共线排列描述为单阶参数，即八极矩，它已被证明对于确定材料的奇异特性至关重要。

研究人员发现，八极矩对电流表现出非常规的响应，即它以与一般磁体的有序参数相反的方向旋转。人们发现这种异常现象源于电子自旋与非共线反铁磁体独特的手性自旋结构之间的相互作用。

“非共线反铁磁体的奇异物理特性使其在信息技术硬件中具有广泛的应用潜力，”该研究的主要作者、博士生Ju-YoungYoon说。东北大学学生。“我们的发现为存储器和振荡器等自旋电子器件提供了基础。”

自旋电子学是一个跨学科领域，利用电子自旋来电操纵磁性，这可以使我们的电子设备变得更快、更小、更高效。2000年左右，共线铁磁体(广义上称为磁体)中电流感应磁化强度的切换得到了证明。这一发现导致了高性能存储器最近的商业化。所谓的自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)预计将在未来的低碳排放技术中发挥关键作用。

非共线反铁磁体已成为自旋电子学界的主要焦点。尽管其磁化强度微乎其微，但其手性自旋结构会产生显着的铁磁体性质，例如大的反常霍尔效应。已知这种现象可以用八极矩来描述，可以用八极矩来类比铁磁体的磁化强度。

尽管电流驱动的磁化动力学在过去二十年中已经得到很好的建立，但八极动力学的情况并非如此，需要进行系统的研究。

为此，研究人员检查了非共线反铁磁体锰锡(Mn3Sn)中八极矩的响应。通过施加磁场和电流，他们将其与铁磁体钴铁硼(CoFeB)的磁化强度进行了比较。虽然磁场驱动情况和电流驱动情况下的磁化强度切换方向相同，但非共线反铁磁体的八极矩方向相反。

通过更深入的分析，他们发现两个系统的各个磁矩沿相同方向旋转，但由于非共线反铁磁体独特的手性自旋结构，组装效应驱动八极矩沿相反方向旋转。

麻省理工学院的刘路桥教授表示：“磁性材料的电控制在自旋电子学中至关重要。我们为控制非共线反铁磁体提供了重要的见解，这与成熟的对应物共线铁磁体的电控制不同。”。

东北大学的ShunsukeFukami教授对此表示赞同，并补充说：“STT-MRAM的商业化是通过对磁化强度和电流之间相互作用的严格理解而实现的。在这方面，这项工作应该为开发非功能性器件奠定坚实的基础。”-共线反铁磁体。”

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