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磁隨機存儲器（MRAM）利用磁化方向存儲信息，兼具非易失性、高速度和高耐久性，是新一代信息存儲的發(fā)展方向。其中，自旋—軌道力矩（SOT）利用強自旋軌道耦合材料高效產(chǎn)生自旋流，實現(xiàn)了讀寫解耦的磁矩操控，是推動MRAM向更低寫入功耗、更高運行速度演進(jìn)的核心技術(shù)。然而，現(xiàn)有SOT-MRAM仍需要較大的寫入電流密度，不僅導(dǎo)致嚴(yán)重的焦耳發(fā)熱，更限制了器件尺寸的進(jìn)一步微縮與高密度集成，成為制約其發(fā)展的瓶頸。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所團(tuán)隊致力于高效SOT材料與器件研究。近期，科研團(tuán)隊利用晶體對稱性工程，創(chuàng)制出六角相5d金屬氧化物SrIrO₃薄膜，證實了由非點式對稱性保護(hù)的拓?fù)涞依税虢饘賾B(tài)，并利用其獨特的電子結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了室溫下高達(dá)2.26的自旋霍爾角，將器件磁化翻轉(zhuǎn)功耗較傳統(tǒng)重金屬降低了一個數(shù)量級以上。

研究發(fā)現(xiàn)，通過精準(zhǔn)控制外延生長取向，可以將SrIrO₃穩(wěn)定在一種具有非點式滑移對稱性的六角晶體結(jié)構(gòu)相中。這種特殊的原子排列方式，在材料的能帶結(jié)構(gòu)中形成了受對稱性保護(hù)的拓?fù)涞依它c。研究同時觀測到體相的三維拓?fù)涞依斯?jié)點和二維的自旋—動量鎖定表面態(tài)，為電荷—自旋轉(zhuǎn)換效率提供了直接的微觀物理根源。器件輸運實驗證實，六角SrIrO₃提供的自旋軌道力矩，可以實現(xiàn)超低閾值電流密度的垂直磁化翻轉(zhuǎn)，展現(xiàn)出超低功耗應(yīng)用的潛力。

這種由非點式對稱性產(chǎn)生的拓?fù)鋺B(tài)受晶格嚴(yán)格保護(hù)，不僅具有極高的穩(wěn)定性，更能通過主動調(diào)控晶格結(jié)構(gòu)實現(xiàn)材料的理性設(shè)計。基于此，團(tuán)隊提出了晶體對稱性—拓?fù)潆娮討B(tài)—高效SOT的協(xié)同設(shè)計策略，確立了晶體對稱性作為設(shè)計和篩選高性能自旋源材料的有效物理判據(jù)，為研發(fā)下一代超低功耗自旋電子器件提供了新的材料平臺與科學(xué)指導(dǎo)。?

相關(guān)研究成果發(fā)表在《國家科學(xué)評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院相關(guān)項目的支持。

研究實現(xiàn)超低功耗磁翻轉(zhuǎn)