Nature子刊：螺旋磁手性最新突破！

研究背景

随着自旋电子学领域的发展，科学家们开始关注在螺旋磁体中存在的手性现象。手性是指分子或结构具有不可重合的镜像对称性，其中螺旋磁体的手性由磁螺旋的旋转方向决定。在这种结构中，磁矩呈螺旋形状排列，形成一种独特的磁性态。这种结构不仅在理论上具有重要意义，而且还可能为下一代自旋电子学器件的发展提供新的思路。然而，控制和利用螺旋磁体中的手性是一项具有挑战性的任务。尤其是在导电性的螺旋磁体中，如何有效地控制手性一直是一个难题。传统上，手性控制通常需要复杂的操作，并且通常需要在较低的温度下进行，这限制了其在实际应用中的可行性。

成果简介

有鉴于此，日本东北大学材料研究所Hidetoshi Masuda, Takeshi Seki以及Yoshinori Onose教授团队联合开展了一系列实验和理论研究，以寻找新的手性控制方法和检测技术。他们探索了通过施加电流和磁场来实现手性控制的可能性，并开发了一种简单而有效的横向电阻测量方法，以便在零磁场条件下检测手性。通过这些研究，他们成功地在薄膜结构中实现了在室温下的手性控制，并且能够通过简单的电阻测量来检测手性，为螺旋磁体在自旋电子学中的应用提供了新的可能性。以上成果在Nature communications发题为“Room temperature chirality switching and detection in a helimagnetic MnAu₂ thin film”研究成果。总的来说，螺旋磁体中的手性控制和检测是一个新兴且具有挑战性的领域，但通过联合实验和理论研究，科学家们正在不断取得进展，为未来自旋电子学器件的发展奠定了基础。

图文导读

为了控制螺旋磁体中的手性，并在室温下实现这一目标，本研究首先通过对螺旋磁体中导电电子沿传播矢量的传播进行建模，作者提出了一种通过外加磁场和电流控制手性的机制（图1a）。这种机制涉及到自旋转移力矩和阻尼力矩的作用，使得磁结构发生变化，导致手性的改变。接下来，作者在薄膜MnAu₂中进行了一系列实验验证这一机制。首先，他们通过施加磁场和电流，成功地控制了手性，证明了手性可以通过电流脉冲在室温下进行切换（图3）。然后，他们观察了手性对横向电阻的影响，并设计了一种实验来检测手性的转变（图5）。这些实验结果表明，在薄膜MnAu₂中，可以通过电流控制手性，并且手性的改变可以通过横向电阻测量来检测。最后，作者总结了他们的研究结果，强调了这一发现对于未来磁性存储器的应用潜力，并讨论了可能的进一步研究方向。相关图文如下：

图1. 手性控制的概念和螺旋磁体中的手性相关横向电阻

图2. MnAu₂ 薄膜的特性

图3. 通过电流扫描磁场进行手性控制

图4. 手性切换

图5. 观察 MnAu₂/Pt 双层样品中手性相关横向电阻

总结展望

本文展示了在室温下实现了螺旋磁体中手性的可控切换和检测，为新一代自旋电子学器件提供了重要的科学启迪。通过电流调控手性，解决了传统磁存储中的杂散磁场问题，为高密度存储提供了新思路。同时，发现了手性相关的横向电阻现象，为手性基磁存储的读写提供了新途径。这些成果不仅推动了螺旋磁体自旋电子学的发展，也为其他反铁磁材料的研究和应用提供了重要参考，有望在信息存储和处理领域取得突破性进展。

文献信息

Masuda, H., Seki, T., Ohe, Ji. et al. Room temperature chirality switching and detection in a helimagnetic MnAu₂ thin film. Nat Commun 15, 1999 (2024).

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