近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）超快光谱学团队与清华大学、西北工业大学、中国科学院半导体研究所、浙江大学等单位合作，在二维反铁磁异质结的自旋与谷调控研究中取得突破性进展，揭示了反铁磁异质结构中一种全新的低能耗调控机制，为实现非易失、可磁调谐的量子器件提供了可行路径。2025年12月27日，相关成果以“范德华反铁磁异质结中由邻近效应驱动的非易失性自旋和谷调控”（ Proximity-Driven Non-Volatile Spin and Valley Control in a Van Der Waals Antiferromagnetic Heterostructure）为题，在线发表于《先进材料》（Advanced Materials）。

二维磁性材料为在原子尺度上调控自旋和谷自由度提供了全新平台，但在实际器件应用中常面临稳定性差、调控能耗高、易受环境影响等挑战。尤其是对于具有良好热稳定性的块体反铁磁材料，由于其净磁化强度为零，难以直接用于自旋和谷的电场或磁场调控，严重限制了其在自旋电子学和谷电子学中的应用。

图1 异质结构在2.0K下的非易失谷极化。(a–f) 磁场从 2.0T扫至–2.0T再返回2.0T过程中的光致发光光谱。(g) 三激子与激子的光致手性发光(ΔI_VR-VL) 的磁滞回线。

研究团队构建了由块体反铁磁CrPS₄与单层MoSe₂组成的范德华异质结构，通过界面磁性邻近效应，首次实现了非易失性的自旋和谷极化，并在零磁场下观测到手性光致发光现象。更为重要的是，该异质结构中自旋与谷极化的翻转临界磁场仅为~0.5T，比块体CrPS₄的自旋翻转磁场（约8.5T）降低了17倍。研究表明，单层 MoSe₂中K谷的自旋极化电荷向CrPS₄自旋极化导带转移，打破了谷简并，从而实现了无需外场维持的谷极化。该工作揭示了反铁磁异质结构中一种全新的低能耗调控机制，为实现非易失、可磁调谐的量子器件提供了可行路径，不仅推动了二维磁性反异质结构在低功耗量子信息器件中的应用探索，也为未来实现室温自旋谷器件及电场调控奠定了理论与实验基础。

该论文第一作者为量子院胡立立助理研究员，通讯作者为量子院兼聘研究员/清华大学熊启华教授，论文合作者还包括西北工业大学副教授董珊、清华大学研究生翟雨欣、王毓彬、唐愈涵，量子院博士后Debabrata Samanta，捷克化学技术大学David Sedmidubsky、Zdenek Sofer，中国科学院半导体研究所娄文凯研究员，以及浙江大学讲席教授常凯等。该工作获得了国家自然科学基金、清华大学自主科研计划、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。

原文链接： https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202515464