特别说明：本文由学研汇技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。反铁磁自旋电子学是凝聚态物理和信息技术中一个快速发展的领域，具有在高密度和超快信息器件中的潜在应用。然而，这些器件的实际应用在很大程度上受到室温下小电流输出的限制。有鉴于此，北京航空航天大学刘知琪教授、蒋成保教授以及中科大张佳教授和中科院苏州纳米所曾中明研究员等人描述了共线反铁磁体MnPt和非共线反铁磁体Mn3Pt之间的室温交换偏置效应，它们一起类似于铁磁体-反铁磁体交换偏置系统。做则会利用这种奇特效应建立了具有大的非易失性室温磁电阻值的全反铁磁隧道结，其最大值约为100%。原子自旋动力学模拟表明，MnPt界面处的无补偿局部自旋产生了交换偏置。第一性原理计算表明，显著的隧穿磁电阻源于动量空间中Mn3Pt的自旋极化。全反铁磁隧道结器件，具有几乎消失的杂散场和增强到太赫兹水平的自旋动力学，可能对下一代高集成和超快存储器件非常重要。作者探索了非共线反铁磁体和共线反铁磁体之间交换耦合的可能性，以及建立全反铁磁隧道结(AATJ)的机会。做则会在尖晶石氧化物铝酸镁(MAO)衬底上外延了共线反铁磁MnPt薄膜和非共线反铁磁Mn3Pt薄膜。将非共线Mn3Pt与共线MnPt结合后，非共线Mn3Pt层的反常霍尔环在室温下基本偏置，用于切换反常霍尔电阻的等效磁场从42 mT增加到72 mT。这种行为类似于交换偏置铁磁体-反铁磁体系统。作者还测量了交换偏置作为温度和MnPt厚度的函数，交换偏置和矫顽力随着MnPt厚度的增加和测量温度的降低而增加。为了进一步了解非共线反铁磁体Mn3Pt和共线反铁磁体MnPt之间的奇特交换偏置效应，作者系统地进行了原子自旋动力学模拟，获得与Mn3Pt薄膜的实验结果非常一致的磁滞回线。
作者使用这种交换偏置双分子层反铁磁堆叠，通过在其上沉积一层薄的绝缘MgO层和一层薄的Mn3Pt覆盖层制备了一个隧道结器件。通过高分辨率磁强计测量，可以清楚地看到固定和顶部游离Mn3Pt层的微小磁矩。最大室温隧穿磁阻(TMR)达到约100%，这比基于各向异性磁阻机制的传统单层反铁磁自旋电子器件的信号输出大了3个数量级。
作者讨论了以非共线反铁磁体为关键功能层的AATJ中TMR的可能物理机制。在实验中观察到的MgO薄膜屏障下的大TMR效应可能是由MgO薄膜的缺陷引起的，例如由大晶格失配、界面粗糙度等缺陷引起的晶界和位错。因此，在制备的隧道结中，MgO势垒可能失去了过滤Γ点附近电子传输的能力，这导致了观测到的大TMR。在类似的反铁磁隧道结中，使用SrTiO3作为隧道势垒可以进一步证实这一点。
Qin, P., Yan, H., Wang, X. et al.Room-temperature magnetoresistance in an all-antiferromagnetic tunnel junction. Nature 613, 485–489 (2023).DOI:10.1038/s41586-022-05461-yhttps://doi.org/10.1038/s41586-022-05461-y
