近期，物理学院胡季帆教授团队在非晶梯度Mn₃Sn材料中，通过其自发成分梯度产生的强z方向极化自旋电流，实现了无外场辅助的自旋轨道力矩（SOT）驱动垂直磁化的翻转，并通过离子液体门电压对氢离子迁移的可逆调控，实现了SOT效率的动态调控及磁化翻转极性的电控反转，最终在单一器件中完成16种布尔逻辑运算。相关研究成果以“Electrical Manipulation of Field-Free Magnetization Switching Driven by Spin-Orbit Torque in Amorphous Gradient-Mn₃Sn”为题发表在《Advanced Science》（IF：15.1）期刊上。山东大学博士研究生张铭芳为文章第一作者，山东大学物理学院崔彬教授、青年教师刘亮和胡季帆教授为文章共同通讯作者。合作者包括晶体材料国家重点实验室周广军教授、青年教师成彬、蒯伟杰，安泰宇、任雪博士，博士后刘伟康，博士生赵响响、丁贺贺、张志宇，硕士研究生张旭。山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。

近年来，零场磁化翻转是自旋电子器件低功耗应用的核心挑战，传统方案依赖复杂异质结构设计或严格生长条件。研究团队发现，非晶Mn₃Sn因其自发成分梯度产生显著的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）场和高效z极化自旋电流，无需外场即可实现垂直磁化翻转。进一步通过离子液体门控技术，实现了氢离子注入诱导的SOT效率近10倍提升（超越传统Pt材料），并首次通过纯电学手段反转磁化翻转极性，构建了多功能自旋逻辑器件。该工作不仅为高能效自旋存储与计算提供了新思路，还揭示了非晶材料中梯度工程对自旋输运的独特调控作用。

该工作得到国家自然科学基金、国家海外高层次青年人才计划、山东大学齐鲁青年学者配套经费、山东省自然科学基金的资助。另外感谢山东大学公共技术平台和上海同步辐射光源的基础设施和技术的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202417621