近日，南京大学陈薇副教授研究团队在交错磁体自旋动力学与量子输运研究方面取得重要进展。研究团队通过构建二维d波交错磁体多端量子输运模型并研究其自旋分辨输运行为的策略，成功揭示了交错磁自旋分裂诱导的实空间自旋进动及其在横向类霍尔电压中的振荡信号，并提出基于该效应的高效率自旋晶体管原型。相关研究成果以“Altermagnetic Spin Precession and Spin Transistor”为题发表在Physical Review Letters（Phys. Rev. Lett. 136, 106301 (2026)；DOI: 10.1103/j3qj-77yj）上。
磁性材料通常根据磁原子自旋的排列方式进行分类，例如铁磁体和反铁磁体。然而，近年来提出的交错磁性为磁性分类体系带来了新的视角。在这类材料中，尽管整体磁矩为零，但由于晶体对称性的特殊性，电子能带仍然会出现明显的动量依赖自旋分裂。这种自旋分裂强度甚至可以比传统自旋轨道耦合产生的效应大一个数量级，并呈现出独特的d波、g波等对称性，使得交错磁体在新型自旋电子学器件中具有巨大潜力。尽管近年来理论和实验已经在多种材料中观测到交错磁体的能带自旋分裂，但其自旋动力学行为及相关量子输运性质仍缺乏深入研究。
针对这一问题，研究团队提出并研究了一种基于二维d波交错磁体的多端量子输运器件模型。研究发现，当具有特定自旋极化的电子注入交错磁体后，会在实空间中产生独特的自旋进动现象，从而形成周期性的自旋纹理结构。这种自旋进动源于动量空间中的交错磁自旋分裂，并能够在器件中表现为横向类霍尔电压的空间振荡。进一步分析表明，这种电压振荡的周期与交错磁自旋分裂强度之间存在明确的解析关系，因此可以作为识别交错磁体的重要“指纹信号”。此外，该物理效应对退相干和晶体能带畸变具有良好的稳定性。当交错磁序能够通过电场调控时，该器件结构还可以自然演化为一种高效率自旋晶体管原型。这一研究不仅为探测交错磁体提供了新的实验方案，也为将其应用于下一代低功耗自旋电子器件奠定了理论基础。
图1：(a) 器件示意图，由一个中心交变磁区连接到两个纵向引线（1和2）和多个横向电压探针组成。顶栅和底栅控制着对自旋晶体管至关重要的交变磁劈裂。插图中展示了d波交变磁的费米面。(b) 交错磁自旋在实空间中的进动，箭头表示局域自旋方向。(c),(d) 非平衡传播电子在(c)点注入和(d)线注入下，自旋分量Sy的空间分布，注入自旋沿x方向极化。实线箭头和虚线箭头分别突出显示了(c)和(d)中沿x方向的相应自旋调制。为增强零值附近的对比度，色标应用了平方根尺度。相关参数：B = 0.2 eV·nm²，αA = 0.08 eV·nm²，μ = 0.1 eV。
图2：(a) 在αA = 0.08 eV·nm² 条件下，从引线1到上探针（蓝色虚线）和下探针（蓝色实线）的透射概率以及霍尔电压（红色实线）随 x 的变化关系。(b) 不同交变磁劈裂αA下，霍尔电压随x变化的瀑布图，其零点用绿点标出。(c),(d) 包含 Γv = 3 meV退相干效应的相同图示。散射区域尺寸为50 nm×50 nm，晶格常数 a = 0.5 nm。引线1和2的界面跳跃参数设为t，横向引线的界面跳跃参数设为 0.1t。所有其他参数与图1相同，对应于空间周期韦4.67 nm。图3：在x=12.5 nm处，透射概率和霍尔电压随αA的变化关系。所有其他参数与图1相同。
图4：非平衡传播电子在(a)点注入和(b)线注入下的自旋分量空间分布，注入自旋沿x方向极化。为增强零值附近的对比度，色标应用了平方根尺度。所有其他参数与图1相同。
Li-Shuo Liu et al., Altermagnetic Spin Precession and Spin Transistor, Phys. Rev. Lett. 136, 1063301 (2026).
