科學家首度發現室溫二維「交變磁體」 突破自旋電子學瓶頸

香港科技大學物理系劉駿威教授領導的研究團隊，在國際頂尖期刊《自然物理》發表突破性發現，首度實驗觀測到能在室溫下穩定的二維層狀交變磁體。這項成果不僅證實劉教授團隊2021年在《自然通訊》提出的理論預測，更為自旋電子學開闢全新研究方向。

交變磁體是近年備受國際關注的新材料，其特點在於不需依賴自旋-軌道耦合(SOC)或淨磁化，就能產生動量依賴的自旋分裂。傳統上，要產生自旋極化電子態，必須透過自旋與其他特性（如軌道運動或磁場）的耦合。劉教授團隊則提出全新機制：在反鐵磁體中，特定晶體對稱性可讓次晶格透過交換耦合產生顯著自旋分裂，形成獨特的「C配對自旋-谷鎖定」現象。

這項突破性發現被《科學》雜誌評選為2024年十大科學突破之一。相較於α-MnTe、CrSb等現有材料，Rb_1-δV₂Te₂O不僅具備層狀結構優勢，更能在室溫下維持穩定效能，解決了過往材料臨界溫度過低或結構限制等問題。

研究團隊結合自旋與角分辨光電子能譜(Spin-ARPES)、掃描隧道顯微鏡/光譜(STM/STS)等尖端技術，成功觀測到C配對自旋-谷鎖定現象。實驗資料顯示，該材料在室溫下仍能保持自旋-谷鎖定特性，且具有強烈的二維特性，kz方向的色散可忽略不計。

這項發現不僅為自旋電子學和谷電子學研究提供理想平臺，更可能開啟新型自旋守恆電流與非常規壓磁效應的研究大門。劉教授強調，所有實驗結果都與第一性原理計算高度吻合，進一步驗證其團隊的理論預測。

這項突破性研究由張發元、程興凱等學者共同完成，已於2025年3月31日發表於《自然物理》期刊。想掌握最新科技動態？立即訂閱《每日科學科技》電子報！