随着智能设备和物联网的普及，数据量呈指数级增长，传统计算架构中计算单元与存储单元分离的模式导致能耗过高和时延过长等问题。磁随机存储器（MRAM）凭借其高速、低功耗、高耐久性、优异的稳定性等特点，成为未来嵌入式非易失性存储器的有力候选者。自旋-轨道转矩（SOT）利用强自旋-轨道耦合材料将电荷流转换为自旋流，为MRAM中铁磁层的磁化操控提供了一种高速、高能效的方法。然而，如何消除对外部磁场的依赖，实现全电学低功耗的垂直磁化铁磁层的操控是SOT器件面临的关键挑战。近日，许小红-王飞教授团队在国际顶级期刊Advanced Functional Materials（SCI一区TOP，影响因子：18.5）上，发表题为“Field-Free Switching of Perpendicular Magnetization in Low-Symmetry Materials”的综述论文。青年教师于忠海、硕士生杨丽环和博士生郭凯卫为共同第一作者，许小红和王飞教授为论文共同通讯作者，我校为唯一完成单位。
本文综述了垂直磁化铁磁层无场翻转领域的最新研究进展。文章系统总结了通过破坏横向晶体对称性（例如WTe2、MoTe2和TaIrTe4等材料）和低磁对称性（例如非共线反铁磁体Mn基金属间化合物、Mn基氮化物和交错磁体RuO2等材料）的方式来产生面外自旋流，进而实现垂直磁化铁磁层的无场翻转的策略。同时，文章还着重探讨了面外抗阻尼磁振子转矩的观测和全电学磁振子器件的研究，磁振子具有无焦耳热、传播速度快且距离远等优势，有望为自旋电子器件的性能提升带来新突破。最后，作者从材料探索、机制研究和工艺优化等多方面对SOT领域进行了前瞻性展望，指出垂直磁化铁磁层的全电学低功耗操控领域进一步的研究方向，有望推动SOT-MRAM的发展。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202505170
图1 垂直磁化铁磁层无场翻转的材料体系
一审 苏昌霖
二审 李士利
三审 王 芳
