反铁磁材料具有零净磁矩、零杂散磁场、超快磁动力学响应等优点，有望取代铁磁材料，成为高密度、低功耗、高稳定性、超快读写的下一代自旋电子学器件。然而，由于反铁磁序参量(奈尔矢量, Néel vector)很难通过常规方法进行调控和探测，制约了反铁磁自旋电子学器件的信息读写。通过隧道磁阻和自旋转移力矩进行电学读写的反铁磁隧道结，是反铁磁自旋电子学理想的器件方案，但由于反铁磁材料只有自旋简并的电子态密度，通常只能支持自旋中性的电流，很难通过传统机制实现用于信息读写的隧道磁阻(Tunneling Magnetoresistance, TMR)效应和自旋转移力矩(Spin-Transfer Torque, STT)效应。
邵定夫研究员近年来一直在反铁磁自旋电子学领域从事理论研究，在反铁磁隧道结中提出了基于电极费米面自旋匹配的隧道磁阻机制(Nat. Commun. 12, 7061 (2021))，该机制最近在非共线反铁磁隧道结中得到了实验证实。此外，还与北京化工大学张书辉副教授、内布拉斯加大学Evgeny Y. Tsymbal教授合作，在反铁磁隧道结中提出了基于电极和势垒上非对称自旋匹配的隧道反常霍尔效应(Tunneling anomalous Hall effect)机制(Phys. Rev. B 106, L180404 (2022))。上述工作表明，即使完全基于自旋中性的电流，也可以在反铁磁隧道结中实现大开关比的读取信号。
该工作预言的奈尔自旋流是一种反铁磁材料独有的输运性质，可以驱动很多新奇的自旋电子学效应，如反铁磁隧道结中的隧道磁阻和自旋转移力矩等。该工作为超快写入、精确读取的高性能反铁磁隧道结提供了一个可行的理论框架，有望推动具有易于调控、大开关比等优点的新一代反铁磁自旋电子学的发展。
固体所是该论文的第一单位，邵定夫研究员、固体所2022级在读博士生蒋媛媛和河南工程学院丁俊教授是该论文的共同第一作者，邵定夫研究员和内布拉斯加大学Evgeny Y. Tsymbal教授是论文的共同通讯作者。中科院合肥物质院强磁场中心孙玉平研究员对该工作进行了重要指导。该工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.216702
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