反铁磁材料中原子的排列使得所有相邻的原子都是反平行的(即指向相反的方向)，这种材料对于器件的发展有几个有利的特性。由于它们的快速自旋动力学和可忽略的杂散场，它们可能特别适合用于创建具有大量存储容量和低功耗的高速存储设备。
然而，在这实现之前，工程师必须能够有效地检测和控制反铁磁材料中的电流和力矩的旋转(即，测量使物体旋转的力的趋势)。到目前为止，这被证明是具有挑战性的，特别是使用传统的测量方法。
清华大学、上海理工大学和北京工业大学的研究人员最近设计了一种控制反铁磁材料中的自旋电流和反铁磁矩的新方法。在他们发表在《自然·电子学》杂志上的论文中，他们专门用双层(Bi,Sb)2Te3/α-Fe2O3(一种包含拓扑绝缘体和反铁磁绝缘体的结构)证明了这一点。
“我们最近的工作是基于我们之前发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters, PRL)上的一篇论文，”开展这项研究的研究人员之一宋成(Cheng Song)告诉TechXplore。“在PRL论文中，我们从自旋霍尔效应论证了具有自旋电流的开关反铁磁矩。在我们的新研究中，我们想从拓扑表面态展示反铁磁矩和自旋电流之间的相互作用，因为拓扑表面态在电荷-自旋转换中更有效。”
来源:Chen et al。
Song和他的同事证明了样品(α-Fe2O3)的反铁磁绝缘体组分(α-Fe2O3)中的反铁磁矩的方向可以调节与(Bi,Sb)2Te3层界面处的自旋电流反射。结果表明，反铁磁材料中的力矩旋转可以通过自旋电流控制，特别是通过(Bi,Sb)2Te3层拓扑表面状态产生的巨大自旋轨道转矩控制。
Song解释说:“自旋电流可以通过拓扑绝缘体的拓扑表面状态产生，然后注入到相邻的反铁磁绝缘体中。”高效的自旋-电荷转换可以带来较大的磁电阻响应(反铁磁控制自旋电流)和较低的开关电流密度(反铁磁自旋电流控制)。
在最初的实验中，宋和他的同事们发现他们的方法成功地控制了材料样品中的反铁磁矩。他们还记录了一个非常有希望的开关电流密度(即，开发存储设备的一个非常重要的参数)。
来源:Chen et al。
“使用Sb组合物，我们调整了费米能级和由此产生的室温磁电阻(在非常狭窄的区域观察到)，”宋说。Sb ~0.75对应于位于狄拉克点上的费米能级，导致开关电流密度为~10^6 A cm^ 2。
这组研究人员收集的研究结果突出了他们的方法在获得基于反铁磁材料的设备的更大控制方面的潜在价值。在未来，他们希望这将为下一代随机存取存储设备的产生铺平道路。
“在我们下一步的研究中，我们将尝试将拓扑绝缘体与反铁磁随机存取存储器结合起来，”宋补充说。“我们还计划通过磁隧道结读取数据，并通过拓扑表面状态写入数据。”
