近日，我校电子信息学院磁电子器件与系统团队在磁性异质结的电压控制磁各向异性研究领域取得创新性研究成果。相关工作以“Voltage-controlled magnetic anisotropy in Pt/Fe/MgO and 2D dielectric LaOBr-capped Pt/Fe/MgO heterostructures”为题发表于美国物理联合会旗下的旗舰期刊《Applied Physics Reviews》（IF:11.6）。2023级硕士研究生张欣卓为论文第一作者，电子信息学院周铁军教授、颜士明副教授为论文通讯作者，杭州电子科技大学为论文第一通讯单位。
在磁电随机存取存储器（MeRAM）中，磁性异质结是其核心功能单元，高效的电压控制磁各向异性效应（VCMA）是实现低功耗、快速信息写入的关键。揭示影响异质结VCMA系数的关键因素，并探索在器件化过程中仍能保持高VCMA系数的异质结结构，对于推动MeRAM技术的发展具有重要意义。
针对上述挑战，周铁军/颜士明团队持续深耕于磁性异质结的磁各向异性的电压调控机制研究。团队从理论层面出发，基于磁各向异性能的二阶微扰理论首次明确了自旋-轨道耦合（SOC）常数和自旋极化与VCMA系数的关系。在此基础上，团队进一步对具有高SOC常数的Pt原子覆盖的Pt/Fe/MgO异质结展开了轨道层面与结构调整的系统研究。计算结果进一步确认除了原子SOC常数与自旋极化外，原子附近的电荷累积/耗尽以及Pt原子费米能级附近dz2轨道能态的分布，同样是影响Pt/Fe/MgO异质结VCMA系数不可或缺的因素，四者共同决定了异质结的磁各向异性的电场响应。
为解决实际应用中异质结VCMA系数不理想的问题，团队创新性地提出了利用二维电介质材料LaOBr作为覆盖的电介质层的策略。相较于传统电极材料或三维电介质覆盖，二维电介质层的引入显著增强了Pt层的交换劈裂及其附近电荷的累积/耗尽，从而使LaOBr/Pt/Fe/MgO异质结的VCMA系数接近理想水平。最后，团队提出了一种基于二维电介质材料覆盖的异质结的MeRAM器件的工作方案，为实现高速、低功耗且具备良好工艺兼容性的下一代磁性存储器提供了一条前景广阔的设计路径。
