近日，山西师范大学许小红教授团队与中国科学技术大学的张振宇教授、合肥强磁场中心的盛志高教授团队合作，在国际上首次发现在二维Fe₃GeTe₂同质结中施加一定的压力可实现抗老化、可延伸及非易失交换偏置。研究成果以题为“Emergent, non-aging, extendable, and rechargeable exchange bias in two-dimensional Fe₃GeTe₂homostructures induced by moderate pressuring”发表在Advanced Materials上（SCI一区，影响因子：32.086）。许小红教授团队的张会生副教授在这一发现的理论计算方面作了重要贡献，为该论文的共同第一作者。

交换偏置（Exchange bias）是指在铁磁与反铁磁体系界面处存在直接耦合作用而产生的一种量子现象，其宏观表现为磁滞回线相对于零场的偏移。该效应在磁性随机存储器和磁性隧道结等自旋电子学器件中具有广阔的应用前景。目前，实现该效应的方案主要集中在反铁磁与铁磁薄膜材料形成的异质结（heterostructure），而在由同一种材料形成的同质结（homostructure）中还未报道。山西师范大学许小红教授团队与中国科学技术大学的张振宇教授、合肥强磁场中心的盛志高教授团队合作，首次发现在二维Fe₃GeTe₂同质结中施加一定的压力可实现抗老化、可延伸及非易失交换偏置（如图1）。

图1.二维Fe₃GeTe₂同质结中的交换偏置现象。

进一步理论计算表明，无论是块体还是层状Fe₃GeTe₂，其磁基态构型都是铁磁排布（如图2），且铁磁和反铁磁构型的能量差非常小。当对特定厚度的Fe₃GeTe₂施加一定的压力后，其变为反铁磁排列，而未施加压力的Fe₃GeTe₂仍为铁磁排列，即在Fe₃GeTe₂薄膜中同时可出现铁磁与反铁磁构型，进而实现交换偏置现象。

图2.利用压力调控二维Fe₃GeTe₂磁构型的示意图。

该研究还发现，应力引起的交换偏置场大小几乎不受训练效应的影响，且在交换偏置效应消失前再施加同样的应力可重复该过程（图3）。其证实了二维Fe₃GeTe₂薄膜中的交换偏置效应具有抗老化、可延伸和非易失等特性。该工作为后续在二维同质结中实现交换偏置提供了指引方向。

图3.二维Fe₃GeTe₂薄膜中的抗老化、可延伸及非易失性的交换偏置效应。

该研究成果得到了国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助。

全文连接：https://doi.org/10.1002/adma.202203411（来源：科技处、材料科学研究院）

论文首页