21世纪是信息的世纪，其中信息领域的核心问题就是存储，未来存储器发展的必然趋势是高密度、响应快、低能耗，从而满足信息社会高速发展的需要。而小电压驱动的磁电存储器能耗是传统磁存储器的千分之一，具有无可比拟的优势。其中通过电场以低功耗的途径调控垂直磁各项异性翻转对于实现高密度的磁电存储设备和其他磁电耦合器件具有重要的意义。电压调控自旋取向使得磁矩得以在垂直于膜面和平行于膜面方向进行翻转是实现这一目标的有效途径。

近日，西安交通大学电信学院“青年千人”刘明教授课题组研究了基于电场调控的垂直磁各向异性结构。通过给Au/[DEME]+[TFSI]−/Pt/(Co/Pt)2/Ta施加4V的门电压，在室温下实现了高达1572 Oe的各项异性场调控，对应着高达378 Oe/V的磁电耦合系数。通过铁磁共振表征和磁畴衍化的观察，确认了该调控过程中磁矩稳定且可逆的面内面外翻转行为。第一性原理计算表明，固液界面双电层电场在金属叠层界面处引入的非对称面内Rashba场实现了自旋取向的面外向面内翻转。该工作对于磁电存储设备和其他磁电耦合器件的设计与研发具有重要的意义。

该成果以“Ionic Liquid Gating Control of Spin Reorientation Transition and Switching of Perpendicular Magnetic Anisotropy”为题，在材料科学领域国际知名期刊 Advanced Materials（IF=19.79）正式发表。该研究成果是由博士生赵士舜在刘明教授和周子尧教授共同指导下完成的，西安交通大学电信学院为该论文的第一作者和唯一通讯作者单位。材料学院闵泰千人团队的青年教师王蕾作为共同第一作者开展了第一性原理计算计算工作。清华大学、美国阿贡国家实验室的科研人员也参与了本项工作。这是刘明教授团队在电控磁领域继2018年 Nat. Commun.，Adv. Mater.，ACS Nano 后的又一重大突破。

该工作得到了国家自然科学基金重点、面上及西安交大基本科研业务费的支持。