近期，中国科学院合肥物质院强磁场中心与复旦大学等单位合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF），在室温二维vdW铁磁体Fe₃GaTe₂自旋动力学研究中取得重要进展，发现了频率高达351.2 GHz的自旋波，并揭示了该亚太赫兹自旋频率来源于强垂直磁各向异性。该成果发表于国际权威期刊Nano Letters。

近年来，自旋电子学作为后摩尔时代克服量子限制效应带来的性能瓶颈的重要技术之一，得到了广泛关注。其中，二维（2D）范德瓦尔斯（van der Waals，vdW）磁性材料因其独特的层状结构和卓越的磁学性能，在开发高效低功耗自旋电子器件中展现出巨大的应用潜力。Fe₃GaTe₂是目前2D vdW铁磁体中，具有最高居里温度（T_C ~ 350-380 K）、且具有显著垂直磁各向异性的二维磁性材料，是新型自旋电子器件的理想候选材料之一。

联合研究团队依托SHMFF超导磁体SM1超快磁光系统，采用双色激光泵浦探测的超快时间分辨磁光克尔（TR-MOKE，图1a）技术，系统研究了Fe₃GaTe₂薄层和Fe₃GaTe₂/Co异质结的自旋动力学。研究表明，在10 K和70 kOe的外加磁场下，Fe₃GaTe₂的自旋进动频率高达351.2 GHz（图1c），是目前已知2D铁磁材料的最高值。而且，与同类2D铁磁材料（Fe₅GeTe₂，0.007）和传统强垂直各向异性铁磁材料（FePt，0.2）相比，Fe₃GaTe₂具有适中的本征阻尼因子（0.039）（图1d）。通过温度依赖关系等规律的获取以及理论分析，团队揭示了该亚太赫兹自旋频率来源于Fe₃GaTe₂的强垂直磁各向异性。随后，为了探索层间耦合效应，研究团队进一步研究了Fe₃GaTe₂/Co异质结的自旋动力学行为；发现尽管与三维磁性材料Co的层间耦合会降低自旋进动频率，但对整体系统的自旋动力学影响较小，这证实了二维Fe₃GaTe₂在异质结中的主导地位。这一系列研究结果表明，作为二维室温磁性材料，Fe₃GaTe₂具有开发更快数据处理速度、更高信息存储密度自旋电子器件的潜力。

复旦大学张嘉丽博士和强磁场中心汪洲博士为该工作的共同第一作者；复旦大学张宗芝教授与强磁场中心盛志高研究员为共同通讯作者。复旦大学张荣君教授、华东师范大学金庆原教授、同济大学刘要稳教授和时钟教授等对该工作提供了大力支持。该项研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中央高校基本业务费等项目，以及强磁场安徽省实验室的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c03291

图1、超快自旋动力学实验示意图和Fe₃GaTe₂超快自旋动力学行为。