材料不变仅靠电流改变磁性……下一代存储器技术更进一步[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 15 Sep.2026 09:12(KST)

大邱庆北科学技术院将亚铁磁体“补偿温度”最高降低110K
无需化学处理或调节厚度，以电流脉冲控制自旋排列

一项无需改变材料成分或厚度、仅通过电流即可调控材料磁性特征的技术已被开发出来。即使在器件制成后，也能以电学方式改变所需区域的磁性特征，预计可应用于下一代自旋电子学存储器的研发。

大邱庆北科学技术院15日表示，化学物理学系教授Hong Jeongil研究团队成功利用电流脉冲改变亚铁磁体内部的自旋排列，将“补偿温度”最高降低约110K（开尔文，温度变化幅度相当于110摄氏度）。

利用电流控制CoGd自旋排列与补偿温度的原理。向Pt通入电流后，IrMn₃和CoGd的自旋排列发生变化并形成螺旋结构，且电流越强，补偿温度越低。研究团队供图

亚铁磁体是两种磁性方向相反的磁性共存的材料。两种磁性的强度会随温度变化而改变，达到特定温度时彼此抵消，该点被称为补偿温度。补偿温度附近可快速、高效地控制磁性，因此被视为开发高速、高集成度存储器器件的重要特性。

此前，为调控补偿温度，需改变合金成分或薄膜厚度，或进行热处理、离子注入等额外工艺。因此，器件制造完成后难以按需调节特定区域的磁性特征，且工艺过程中材料的结构或成分可能发生变化。

研究团队采用依次堆叠铂（Pt）、铱锰（IrMn₃）和钴钆（CoGd）的多层薄膜。向铂层通入电流后，电子自旋会产生“自旋轨道力矩”，该作用力随即改变相邻铱锰的自旋排列。

发生变化的铱锰自旋会进一步影响钴钆内部的自旋。研究团队确认，铱锰与钴（Co）自旋强烈耦合，却几乎不与钆（Gd）自旋耦合。因此，薄膜内部形成自旋方向随厚度逐步变化的结构，钴与钆之间的磁耦合也随之改变，进而使补偿温度下降。

实验显示，钴与钆比例相同的Co₀.₅Gd₀.₅薄膜，其补偿温度原本约为350至360K，施加电流脉冲后降至约280至290K，下降约70K。钴比例较高的Co₀.₆₈Gd₀.₃₂薄膜中，原本约为170至180K的补偿温度降至60至70K，最大变化幅度约为110K。

研究团队还确认，随着电流脉冲强度和施加时间增加，补偿温度会逐步下降。这意味着无需外部磁场或额外化学处理，仅凭在室温下施加的电信号即可调控磁性特征。

研究团队合影。从左起为大邱庆北科学技术院化学物理系教授 Hong Jeongil、博士后研究员 Choi Wonchang、硕博连读生 Sim Taebo。大邱庆北科学技术院供图

研究团队认为，利用这项技术，可在同一张薄膜上根据位置设定不同的磁性特征，或以电学方式调控器件的工作温度。

Hong教授表示：“这一结果表明，材料的磁性特征不仅会因原子种类和空间排列而异，也会因内部自旋排列发生显著变化。能够利用电流脉冲的强度和时间调控补偿温度，意味着该技术很可能扩展为可在指定位置实现不同磁性特征的下一代自旋存储器技术。”

Choi Wonchang和Sim Taebo作为共同第一作者参与了此次研究。研究成果于8月31日发表于国际学术期刊《先进功能材料（Advanced Functional Materials）》。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。