低维磁性体系中的自旋新物态

电子的电荷和自旋量子属性的研究与应用一直是凝聚态物理科学研究的核心。新型二维材料特别是原子级厚度的二维范德华磁体的发现为探索低维自旋物理和开发高性能电子器件创造了巨大的机遇[1-3]。相对于传统材料，二维范德华磁体的优势包括: (1）具有原子级平整的表面，不受表面缺陷和悬挂键的影响，电子散射几率更低，利于提升电子输运效率。（2）由于只有有限的几个原子层的厚度，一方面有助于提高器件集成密度，另一方面对外磁场及电场的响应相比于传统材料更加灵敏，可以提升外场对二维自旋电子器件性能的调控能力。（3）材料涵盖半导体和金属，可以实现从电子/自旋注入、输运、探测一体的纯二维自旋电子器件。（4）兼具柔韧性与磁性，便于与其他材料复合形成功能增强型的异质结体系，实现多功能性的电子器件。因此探索基于二维范德华磁体的自旋电子器件是实现信息产业技术革命的重要方向。

二维范德华磁体具有外物理场可调协的自旋有序（磁结构）和丰富的量子自由度，如自旋、赝自旋、能谷等。这些量子自由度以及其与光场、电场和磁场等的耦合引发了二维材料中的新奇物理现象。可通过与其他材料复合制造异质结，利用层间耦合作用，对异质结的能带结构和物理性质进行有效调控，从而衍生出单个二维材料所不具备的新奇物性。这使得二维范德华磁体及其异质结构成为令人着迷的多态自旋系统，可直接用于许多理论的验证与技术应用，例如量子耗散和具有量子几何相位和干涉的瞬时隧道效应。在这些研究中，对二维磁体自旋结构的检测和调控尤为关键。

层间外物理场导致磁隧穿结出现多种自旋序和隧穿磁电阻示意图