我院自旋电子学团队通过调控RuO₂/[Pt/Co/Pt]异质结中自旋流的自旋极化方向，实现了电流诱导的“鲁棒性”无外磁场磁化翻转，相关研究成果以“Robust Magnetic-Field-Free Perpendicular Magnetization Switching by Manipulating Spin Polarization Direction in RuO₂/[Pt/Co/Pt] Heterojunctions”为题发表在《ACS Nano》期刊上。论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c09004

在自旋轨道矩驱动的无外场垂直磁化翻转研究中，面内磁场干扰一直是一个重要挑战。通常情况下，电流驱动的垂直磁化翻转在面内磁场的影响下会消失，因此，研究人员亟需找到在面内场干扰下能够保持稳定磁化翻转的方法。

自旋电子学团队成功制备了具有垂直磁各向异性的RuO₂/[Pt/Co/Pt]异质结，其中金红石相的RuO₂是一种交替磁性（Altermagnetic）反铁磁材料，可以通过各向异性的能带结构产生自旋劈裂效应（Spin splitting effect）。当沿(101)取向RuO₂的[010]方向施加电流时，RuO₂可以产生自旋极化方向同时包含面内(σ_y)和面外分量(σ_z)的沿面外方向传播的自旋流，而[Pt/Co/Pt]仅产生自旋极化方向在面内的自旋流(σ_y)。通过调控[Pt/Co/Pt]层中Pt的厚度，RuO₂/[Pt/Co/Pt]异质结中自旋流的极化方向便可以被调控。当面内自旋极化(σ_y)自旋流被完全抵消时，由纯面外自旋极化(σ_z)自旋流驱动的“鲁棒性”垂直磁化翻转得以实现。“鲁棒性”是指电流诱导的磁化翻转极性（顺时针或逆时针）不变，并且磁化翻转比例在较大范围的面内磁场下基本不变。该研究为实现稳定的垂直磁化翻转提供了一种有效的方法，促进了反铁磁自旋电子器件的研发。

2020级博士生范轶博为文章第一作者，颜世申教授和田玉峰教授为共同通讯作者，文章的合作者还有博士生王茜、王威、王振兴、韩翔，以及王东博士、陈延学教授、柏利慧教授和济南大学黄启坤博士。山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金重大基础研究项目和山东省泰山学者项目的资助。