近日，湖北工业大学理学院Hong Jeongmin教授团队在自旋电子器件领域取得多项重大进展，在《Nature》旗下综合期刊《npj Spintronics》和《ACS Nano》（IF: 17.1）上，分别以“An energy efficient way for quantitative magnetization switching” 和以“A machine learning powered ultrahigh controllable and wearable magnetoelectric piezotronic touching device”为标题发表科研成果论文。
随着集成电路的发展进入后摩尔时代，寻找新材料和器件结构成为突破摩尔定律限制的重要解决方案。而磁性逻辑器件相比于传统的电子器件具有低功耗、高稳定性、高集成度、非易失性和抗辐射能力等优势，对满足国家重大战略需求、促进芯片领域的发展至关重要。
Hong Jeongmin教授团队以“An energy efficient way for quantitative magnetization switching”为标题发表的论文重点探索了电控自旋器件铁电(FE)和铁磁(FM)材料中电控磁化开关特性，并在高能效自旋存储器和逻辑器件中开展了应用研究。文中研究了压电衬底上的自旋轨道转矩效应的角度依赖性，利用基底上的电场控制局部面内应变，实现受控应变通过多铁氧体异质结构中的SOT效应对磁化切换进行定量调制。通过谐波霍尔测量、XMCD-PEEM、XRD、VSM、MFM和微磁仿真模拟，来揭示电场对磁化开关行为的可控性。
基于SOT效应的磁化开关是一种具有非易失性、可逆性、高速、低功耗的器件，且与当前主流的半导体器件具有良好的兼容性。通过研究多铁异质结中的SOT效应的两种机理：Rashba效应和自旋霍尔效应，实现了电流诱导磁化开关，并设计了PMN-PT压电衬底上平面磁化的Ta/CoFeB多层异质结构，实现压电基板上垂直电场引起的平面内应变对SOT的调谐，尤其SOT有效场对压电基板的角度依赖性。发现并证实了平面内应变线性控制阻尼项对应的有效场，实现辅助控制磁化开关。结果表明，基于SOT和压电调节的自旋电子学逻辑器件结构可以实现完整的布尔逻辑运算，并提出了具有超低能耗的设计方法。该论文对SOT效应多铁异质结器件的设计和研究，是一种实现高速、高能效自旋电子器件的重要方法，有助于自旋电子器件的性能提升和功能拓展。
原文链接：https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3951579/v1。
Hong Jeongmin教授团队以“A machine learning powered ultrahigh controllable and wearable magnetoelectric piezotronic touching device”为标题发表在《ACS Nano》上的研究主要在机器学习的人工智能可穿戴柔性自旋电子器件方面实现新突破，该项工作提出了一种利用纳米颗粒的压电、磁电特性在柔性可穿戴贴片中实现应变传感和致动的技术。该器件具有良好的压电性能、疏水性、身体运动传感能力以及机器学习驱动的触摸传感/致动功能。
本论文利用核壳复合的多铁性纳米颗粒BaTiO3@CoFe2O4的磁电耦合效应实现低场按需驱动，从而实现一种MENP组成的柔性贴用于可穿戴的磁场系统，能够驱动和感应应变引起的电场和磁场从而提供低损耗和高能效等优势。另外，所制备的薄膜在具有超疏水表面的情况下也表现出了优异的柔韧性、微观结构完整性和强度，同时即使在经受具有极端曲率的大变形或放置在高度弯曲的潮湿表面上时也保持其多铁性；从而表明了利用此多铁材料制造可穿戴器件的可能性。该技术可以实现需要低延迟和触摸信号的自适应处理的各种应用，例如虚拟控制器、交互式信号传递和虚拟-现实控制器。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c01102。
责任编辑：陈凌
