【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院合肥物质究院强磁场中心低功耗量子材料研究团队屈哲研究员、许锡童项目研究员与组合显微测试系统孟文杰副研究员，及中国台湾成功大学张泰榕教授等合作，提出在块材笼目单晶中实现自旋阀效应的新机制，并成功演示了基于笼目量子磁体TmMn6Sn6的微自旋阀原型器件。相关成果发表于国际期刊Nature Communications。
自旋阀器件广泛应用于磁性传感中，主要由铁磁层/非磁间隔层/铁磁层三层薄膜构成。该结构通过调控铁磁层间的相对磁取向改变自旋散射强度，从而实现巨磁阻效应(GMR)。然而，这种三明治结构的自旋阀器件需通过原子级平整的外延生长、溅射沉积，或范德瓦尔斯异质结的精确机械堆叠来实现，工艺复杂且对稳定性要求极高。
针对上述问题，研究团队另辟蹊径，提出利用笼目螺旋磁体中的层间阻挫磁相互作用实现自体自旋阀效应的新机制：外加磁场可将笼目螺旋磁体调控到一种特殊的平行多畴态，从而实现类似于传统自旋阀中人工多层膜结构的磁畴构型。按照这一思路，研究团队构筑了基于笼目螺旋磁体TmMn6Sn6的介观器件，通过输运实验证实其具有超过160%的GMR效应。团队进一步利用稳态强磁场实验装置超导磁体SM2搭载的磁力显微镜(MFM)系统进行磁畴成像，获得了该自旋输运效应来自平行畴散射的直接证据。理论模型揭示了笼目螺旋磁体中自旋阀效应具有高度可调控特性。这一发现突破了传统自旋阀的复杂薄层结构限制，为发展基于量子磁体的低功耗自旋电子器件提供了新思路。
该工作以“Giant self spin-valve effect in the kagome helimagnet”为题，于2025年3月17日在线发表于Nature Communications上，许锡童、刘永来博士、赵科森博士、林哲民博士为本文共同第一作者，许锡童、孟文杰、张泰榕和屈哲是本文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中国科学院建制化科研平台项目、安徽省重大专项、安徽省杰青等项目的支持。
图 (a)基于笼目螺旋磁体的自旋阀效应示意图；(b)笼目螺旋磁体TmMn6Sn6在磁场下MFM成像；(c)电流平行于样品螺磁轴时的非对称磁阻，巨磁阻效应的幅值可达160%以上；(d)电流垂直螺磁轴时的非对称磁阻。
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