近期，物理学院胡季帆教授团队在Ni₈₁Fe₁₉/CuO_x/TaN异质结构中，通过离子液体门电压调控Ni₈₁Fe₁₉/CuO_x的界面氧化状态，实现了对轨道电流和自旋轨道矩的可逆调控；通过控制TaN层的厚度，在CuO_x层中实现了氧离子分布的重构。相关研究成果以“Electrical manipulation of orbital current via oxygen migration in Ni₈₁Fe₁₉/CuO_x/TaN heterostructure”为题发表在Advanced Materials（IF：32.086）期刊上。山东大学博士研究生安泰宇为文章第一作者，山东大学物理学院崔彬、胡季帆教授为文章共同通讯作者，文章的合作者包括兰州大学蒋长军教授、郑州大学程少博教授、山东大学物理学院青年教师刘亮、成彬以及博士研究生张铭芳、任雪等。山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。

近年来，基于轨道霍尔效应和界面Rashba效应，研究者在许多轻金属氧化物中发现了由电荷电流产生轨道电流的现象，打破了对于强自旋轨道耦合重金属的依赖。轨道电流携带极化的轨道角动量，可以注入到铁磁层中，对铁磁层局部磁化产生力矩。然而，在轻金属氧化物中实现轨道电流和自旋轨道矩的高效动态调控仍然具有挑战性。研究团队在Ni₈₁Fe₁₉/CuO_x/TaN异质结构中发现，轨道电流相关的磁电阻与CuO_x层的氧化水平密切相关；通过离子液体门电压驱动CuO_x层内部氧离子的迁移，实现了CuO_x内部氧离子分布的重构以及界面氧化状态的改变，进而实现了对轨道电流相关的磁电阻和自旋轨道矩产生效率的可逆调控。研究中还发现，利用TaN层厚度的变化，可以切换氧离子内部重构和外部交换两种调控模式，为电场调控材料电磁性能提供了新的维度。

该工作得到国家自然科学基金项目、国家海外高层次青年人才计划和山东大学齐鲁青年学者配套经费的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202300858

(a)Ni₈₁Fe₁₉/CuO_x/TaN异质结构的ΔR_xx随V_G的变化关系；(b)V_G=+3V调控后，Ni₈₁Fe₁₉/CuO_x(4)异质结中，CuO_x层的氧分布及界面上的氧化状态；(c)V_G=−2.5V调控后，Ni₈₁Fe₁₉/CuO_x(4)异质结中，CuO_x层的氧分布及界面上的氧化状态。