近日，武汉科技大学物理与力学学院、省部共建协同创新中心朱思聪副教授、德国洪堡学者王健（共同通讯作者）科研团队在反铁磁材料的对称性调控与自旋电子学器件研发领域取得重要进展，相关成果以“Symmetry Breaking and Reinforcement-Induced Non-Alter Spin Splitting in Antiferromagnet for Low-Power and High-Density Memory”为题发表于期刊《Nano Letters》2026 年刊。

反铁磁材料因无净磁矩、零杂散场和太赫兹动力学特性，成为下一代自旋电子学存储器的核心候选材料，但自旋带简并问题限制了其隧穿磁电阻性能的提升。

科研团队提出了基于滑移和应变工程的反铁磁对称性破缺新策略，成功实现非交替自旋劈裂的磁矩补偿磁体，为低功耗、高密度存储器的开发提供了全新的理论和技术支撑。以四层碘化钆（GdI₂）为研究模型，提出层间滑移策略，实现了电场调控下铁电 - 反铁电、铁磁 - 反铁磁的可逆相变，其铁电极化打破了PT 对称性，诱导出自旋劈裂的能带结构。基于此构建的多态范德华多铁隧道结（MFTJ）器件，展现出高达7.2×10⁷的隧穿电磁阻率及极低的面电阻，性能远超此前报道。该研究提出了一种有别于交变磁体的反铁磁自旋劈裂新机制，为开发超快、高密度、低功耗的新型磁电存储器件提供了理论支撑。武汉科技大学2023级硕士生张诗忱和武汉大学2023级博士生刘方奇为论文共同一作。

朱思聪老师作为该论文的通讯作者，武汉科技大学为第一单位。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c05031

图1：铁磁体、传统反铁磁体、NRSS交变磁体和NRSS非交变补偿磁体的电子结构特征

图2：四层GdI₂的磁电耦合效应和其中S2构型的NRSS现象

图3：双轴应变对四层GdI₂磁基态的调控作用

图4：基于四层GdI₂的多铁隧道结器件及其四态存储功能

总结与展望

本研究通过第一性原理计算，深入阐明了反铁磁材料四层GdI₂中通过滑移和应变工程诱导自旋劈裂的物理机制，不仅克服了传统反铁磁材料难以电控及隧道穿磁阻较低的弊端，还实现了高密度低功耗的多态存储。这一成果为设计下一代反铁磁自旋电子学器件开辟了新路径，对非易失性存储技术的发展具有重要意义。