我院自旋电子学团队利用成分梯度实现电流控制磁化翻转，相关研究成果以“Controllable field-free switching of perpendicular magnetization through bulk spin-orbit torque in symmetry-broken ferromagnetic films”为题发表在《Nature Communications》期刊上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22819-4

用电学的方法来调控材料或器件的磁性是自旋电子学的重要研究方向。近年来基于自旋轨道矩(spin-orbit torque)效应，实现高速、低功耗的操控磁化翻转获得了广泛的关注。尽管在重金属/铁磁层多层膜以及非中心对称单层膜(如CuMnAs、Mn₂Au、(Ga,Mn)As等)中，自旋轨道矩效应的研究已经取得了不少可喜的进展，但是常见的铁磁金属，如Fe、Co、FeCo、CoPt等，因为具有中心反演对称性，从对称性上就限定这些铁磁单层膜不能够由体的自旋轨道耦合效应产生自旋流，也极大的限制了它们在自旋电子器件上的应用。

为了在铁磁单层膜中实现自旋轨道矩诱导的磁化翻转，我院自旋电子学团队提出在CoPt合金单层膜中利用成分梯度打破中心反演对称，使得体的自旋轨道耦合作用能产生非平衡自旋进而翻转具有垂直磁各向异性的CoPt单层膜。进一步利用层间交换耦合和交换偏置效应，在IrMn/Co/Ru/CoPt异质结中实现零磁场下可控的磁化翻转。在铁磁单层膜中直接实现自旋轨道矩引起的磁化翻转使得单层膜作为一个基本单元有望直接用于现有的自旋电子器件如自旋阀、磁性隧道结中，将自旋轨道矩功能引入到现有的器件中，从而获得新型的逻辑与存储器件。

2020级博士生谢雪杰和赵晓楠为文章共同第一作者，文章的合作者还有博士生董亚男、韩翔、范轶博、柏利慧教授、陈延学教授、代由勇副教授，以及北京工业大学固体微结构与性能研究所的曲先林博士、郑坤研究员、韩晓东研究员，田玉峰教授和颜世申教授为共同通讯作者。山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该研究工作得到了国家自然科学基金和“111计划”项目的资助。