二维范德华铁磁材料的发现为研究二维极限下的基础磁学，操纵自旋相关现象以及实现低功率的二维自旋电子学器件提供了前所未有的机遇。最近几年，二维铁磁性材料得到了广泛关注，目前已有多种二维本征铁磁材料被发现和研究，但大多数铁磁材料的居里温度都低于室温，极大地限制了在低维自旋电子学器件中的应用。最近新发现的二维Fe₃GaTe₂材料具有高的居里温度（342K-365K）以及强的垂直磁各向异性，在室温二维自旋电子学器件的应用方面极具潜力。

　　近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室的杨海涛研究组与高鸿钧研究组和中国科学院大学的周武教授合作，对高质量的Fe₃GaTe₂单晶的制备及其结构与物性进行了研究。STEM结果表明：对其高的晶体质量以及不同晶面的原子排布进行了表征（图1）。他们利用超导量子干涉仪、霍尔测量以及磁力显微镜等多种磁性表征手段对Fe₃GaTe₂的块体以及薄层样品的铁磁性以及磁畴结构进行了测试（图2），研究结果表明Fe₃GaTe₂具有室温铁磁性，居里温度高达356K，除此之外，其具有强的垂直各向异性以及厚度高度依赖的反常霍尔效应和磁畴结构。

　　他们设计了一种具有平面对称性破缺的Fe₃GaTe₂纳米器件，并在该器件中观察到了室温下的不对称磁阻，该磁阻与常见的巨磁阻和隧穿磁阻中对称的高、低阻态不同，其随磁场变化表现出高、中、低三种电阻状态，可编码为“-1”、“0”、“1”用来实现多态磁随机存储和逻辑电路（图3）。研究结果表明这种反对称磁阻是由Fe₃GaTe₂纳米器件中不同厚度区域的不同步磁矩转换导致畴壁附近出现的环形电流引起的，此外，该反对称磁阻的大小可以通过改变不同厚度区域之间的相对高度进行调制（图4）。这种不需要复杂的器件结构，在简单的具有不同厚度的二维纳米片层中就可以产生厚度可调的室温反对称磁阻为未来实现多态随机存储和逻辑电路提供了新的可能性。

　　相关研究成果以“Room-Temperature Antisymmetric Magnetoresistance in van der Waals Ferromagnet Fe₃GaTe₂ Nanosheets”为题，于2024年4月17日在线发表在Advanced Materials杂志上。纳米实验室博士后胡国静和郭辉副研究员为共同第一作者；杨海涛研究员、周武教授和高鸿钧院士为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、科技部、中国科学院的支持。

　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202403154 

图1.Fe₃GaTe₂的原子结构、x射线衍射图谱、摇摆曲线、以及STEM表征

图2.Fe₃GaTe₂块体以及薄层样品的铁磁性以及磁畴结构。

图3.具有平面对称性破缺的Fe₃GaTe₂纳米器件中室温下的反对称磁阻

图4.具有平面对称性破缺的器件中磁畴壁附近环形电流分布的模型示意图以及反对称磁阻与不同区域厚度差之间的关系。