基于电流-自旋流转换的自旋轨道力矩（SOT）器件是实现磁随机存储器的最有希望的技术路线之一。传统上，人们通常采用5d电子重金属（例如Ta、W、Pt）等作为电流-自旋转换的核心材料，通过自旋轨道矩(SOT)实现电流驱动翻转异质结中的3d金属层磁矩。最近，人们在单一3d-5d合金薄膜L1₀-FePt中发现了电流诱导SOT驱动磁化翻转。

近日，胡季帆教授团队经过研究，提出过渡金属/重金属合金中的3d电子在5d近邻的影响下，其电流-自旋流转换的能力得到了急剧提高，并且与5d电子的自旋轨道耦合效应形成竞争，形成了全新的电流-自旋转换过程。并且体系的净自旋流由3d金属主导。 此外，实验进一步表明，正电压下注入氢离子可使垂直磁化翻转的临界电流密度降低43%，SOT效率提升65%，在负电压下恢复到初始状态。深度分辨二次离子质谱（SIMS）和第一性原理计算进一步表明：3d-5d体系除了可以诱导3d电子的强自旋轨道耦合，还保留了3d电子的化学活性，因此其与氢的作用使得体系自旋霍尔电导大幅提升130%。该研究不仅为单层合金SOT器件设计提供了新思路，还通过离子-电子耦合效应为自旋电子学开辟了新方向。

相关成果以“Reversible and Non-volatile Manipulation on the Spin-Orbit Torque in 3d-5d System of L1₀-FePt via Hydrogen Migration”为题发表在《Advanced Functional Materials》2025, 2425679 (杂志影响因子IF:18.5)。山东大学为第一作者单位和第一通讯作者单位。论文第一作者为山东大学物理学院博士研究生张铭芳，山东大学物理学院青年教师刘亮，成彬和胡季帆教授为文章共同通讯作者。合作者包括崔彬教授，晶体材料国家重点实验室周广军教授，青年教师蒯伟杰，安泰宇、任雪博士，博士生赵响响、丁贺贺、张志宇，硕士研究生张旭。

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的基础设施和技术的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202425679