随着信息时代对于高效率低能耗自旋电子器件需求的不断增长，电场可调自旋电子器件得到了研究者们的广泛关注。然而传统的基于应变调控磁性的电场可调自旋电子器件，由于其单晶衬底尺寸较大且需要极高的电压驱动，不能满足集成电路微型化和低能耗的要求。离子液体（Ionic Liquid）作为一种极其稳定的离子化合物，在低电压的驱动下即可在磁性薄膜与离子液体界面处诱导出纳米级别的界面电容，诱导出的界面电场可高达10 MV/cm，相应的感应电荷的浓度可达~10¹⁴cm^-2。因此通过离子液体对磁性薄膜进行界面处磁电耦合调控是实现高效率低能耗自旋电子器件的有效途径。

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离子液体调控四氧化三铁/氧化镁（Fe₃O₄/MgO）的磁性异质结。通过对Au/[DEME]⁺[TFSI]⁻/ Fe₃O₄/MgO施加1.5 V的门电压，在单次加压实验中实现了对Fe₃O₄高达552 Oe的磁各项异性场调控，对应着高达368 Oe/V的磁电耦合系数。更为值得注意的是，在极低的门电压下离子液体本身未发生明显的电化学反应，从而使得该调控过程可以多次往复进行，通过对离子液体施加±1.5 V门电压，在循环次数得到70~80次时，磁各向异性调控可保持稳定在大约922 Oe的调控量。该研究结果对于商业化的磁电耦合器件的设计与研发具有重要的意义。

该成果以“Low Voltage Induced Reversible Magnetoelectric Coupling in Fe₃O₄Thin Films for Voltage Tunable Spintronic Devices”为题，在材料科学领域国际知名期刊Materials Horizons（IF=13.18）正式发表。该研究成果是由博士生张乐在刘明教授、周子尧教授和任巍教授共同指导下完成的，西安交通大学为该论文的第一作者和唯一通讯作者单位。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2018年中的又一重大突破。

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。