日本成功拍摄到反铁磁材料中电子自旋方向的超高速翻转瞬间

在2025年11月,日本科研团队成功拍摄到了反铁磁材料中电子自旋方向的超高速翻转瞬间。这个过程仅需140皮秒,相当于闪光灯速度的千亿分之一。这种新材料具备“隐形”特性,不受外部磁场干扰,且有极高的响应速度。 这项研究来自东京大学,他们选择了锰锡合金Mn₃Sn作为研究对象。为了捕捉到这个过程,研究人员设计了一种精密的超高速摄影方案。他们给薄膜施加极短的电流脉冲,并利用另一束经过精确时间延迟控制的超快激光脉冲照射样品。通过捕捉反射光中的微弱磁光信号变化,研究人员拼凑出了自旋状态随时间演变的完整影像。 实验揭示了一个重要现象:自旋翻转机制取决于电流强度。当施加较强电流时,翻转主要由焦耳热驱动;而电流减弱时,自旋能在没有明显温升的情况下直接完成180度翻转。这为制造超高密度、低功耗存储器件提供了可能。 几乎同时期,全球顶尖团队也在反铁磁操控领域取得了突破。2026年1月,复旦大学团队在《自然》杂志发表论文,提出“Stoner-Wohlfarth反铁磁体”新概念。他们在CrPS4中发现层间锁定型集体磁翻转行为。2025年11月,中山大学和北京大学的联合团队在Fe、Co₃GaTe₂中实现了电流驱动的磁化翻转。他们利用自旋轨道力矩操控奈尔矢量方向,并在全范德华异质结中实现了无需外加辅助磁场的完全电控翻转。 2026年3月,清华大学团队解决了手性反铁磁材料电学操控的难题。他们通过同质结设计整合了手性反铁磁序的两个关键维度,并揭示了实现高效率翻转的物理机制。他们的方案将翻转效率大幅提升,相比传统铁磁体有了显著优化。 这些研究表明反铁磁自旋电子学正快速走向应用。科学家们通过对材料微观结构和超快动力学过程的深入理解,已经掌握了多种精确操控反铁磁序的电学方法。从实现零场翻转到破解效率密码,每一步进展都为开发新一代信息存储与处理芯片扫除了障碍。