近日，合肥工业大学物理学院王澜教授团队与中科院合肥物质科学研究院邵定夫研究员、安徽大学王国鹏副教授合作，在反铁磁隧道结中取得新进展。相关研究成果以“Interface-controlled antiferromagnetic tunnel junctions based on a metallic van der Waals A-type antiferromagnet”为题，发表在《Nature Communications》。

磁隧道结（MTJ）是磁随机存储器（MRAM）的核心结构，通常以铁磁材料为核心，形成铁磁/绝缘层/铁磁结构。依靠两个铁磁电极磁矩的相对取向，通过隧穿磁电阻（TMR）效应实现高阻态和低阻态。以铁磁材料为核心的MTJ虽然技术相对成熟，但存在杂散场干扰大、存储密度受限以及动态响应速度慢等瓶颈。相比之下，反铁磁材料具有零净磁矩、超快动力学响应以及抗外部磁场干扰等优势，被视为未来高密度、高速度信息存储器件的候选载体。然而净磁矩的缺失意味着反铁磁难以产生自旋极化电流，也因此难以实现反铁磁隧道结（AFMTJ）。目前的AFMTJ研究主要集中在具有微小净磁矩的非共线反铁磁体系，而基于结构更简单、净磁矩为零的共线反铁磁金属的隧道结尚未获得实质性突破。

针对这一难题，王澜教授团队选取了范德华A型反铁磁材料(Fe_0.6Co_0.4)₅GeTe₂(FCGT)和非磁半导体材料WSe₂，成功制备了全范德华共线反铁磁隧道结FCGT/WSe₂/FCGT。该器件在低温下展现出高达75%的TMR比率，与多数范德华铁磁MTJ相媲美。研究发现，该TMR效应完全源于FCGT的反铁磁态，而非反铁磁-铁磁相变过程，这可以充分发挥反铁磁的优良特性。根据A型反铁磁的特性，研究人员通过制备偶数层或奇数层的FCGT电极，在其中实现了传统的易失性TMR和随温度依赖的非易失性TMR，提出了TMR是由界面层决定的。进一步的理论分析揭示了界面驱动的自旋极化输运导致的TMR机制，无论体相是否具有自旋简并特性。该工作不仅填补了共线反铁磁隧道结研究的空白，更提出了一种利用界面特性驱动反铁磁自旋输运的新范式，证明了共线反铁磁在自旋电子学器件中的巨大应用潜力。

图2. a. A型反铁磁FCGT示意图。b. FCGT/WSe₂/FCGT反铁磁隧道结示意图。c. 6层FCGT在10 K温度下，对称霍尔电阻Rxy随垂直磁场的变化关系。蓝色、灰色、橙色区域分别表示反铁磁态、反铁磁到铁磁转变、铁磁态。d. FCGT/WSe₂/FCGT反铁磁隧道结的隧穿电阻Rzz及对应的TMR比值。磁场扫描方向由绿色和橙色箭头表示。左上角插图为器件的光学显微镜图像，其中蓝色虚线标示FCGT区域，橙色虚线标示WSe₂区域，黑色比例尺为10 µm。右下角插图标示了器件中FCGT的厚度。

合肥工业大学为论文的第一署名单位。合肥工业大学物理学院赵伟民副教授、研究生刘依伦和中国科学院合肥物质科学院研究生杨柳为该工作的共同第一作者，合肥工业大学王澜教授、中国科学院合肥物质科学院邵定夫研究员和安徽大学王国鹏副教授为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、中国科学院基础研究计划、安徽省自然科学基金及合肥工业大学人才引进条件建设经费等项目的资助。

文章链接https://www.nature.com/articles/s41467-025-66981-5

（图、文/王澜、赵伟民，  审核/高伟清）