图 利用Mn₃Sn同质结实现对手性反铁磁电学翻转构型的创新和全电学完全翻转。p和K分别代表电流引起的自旋极化和手性反铁磁序；Poly-Mn₃Sn代表多晶Mn₃Sn，J_charge和J_spin分别代表电流和自旋流；J代表电流密度，ΔR_AH/R_AH代表翻转幅度

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52225106、52561160112）资助下，清华大学材料学院宋成教授的研究团队在自旋电子学材料和器件领域取得进展，实现了手性反铁磁序的零辅助场条件下的高效完全翻转。研究成果以“手性反铁磁序的零场完全翻转（Field-free full switching of chiral antiferromagnetic order）”为题，于2026年2月26日发表于《自然》（Nature）杂志。论文链接： https://doi.org/10.1038/s41586-026-10175-6。

　　长期以来，磁存储技术的发展面临两难困境：铁磁材料电学读写便捷，却因杂散场制约存储密度，吉赫兹的本征频率也为电学写入速度设定了理论上限；反铁磁材料虽无杂散场且具备太赫兹动力学优势，但其电学读写困难。手性反铁磁材料因其非共线自旋排布，同时拥有太赫兹磁动力学、零杂散场和自旋劈裂能带等特性，被视为突破这一瓶颈的理想材料体系。然而，如何在零磁场下实现对其磁序的高效电学操控，始终是其走向实际应用面临的核心挑战。

　　面对这一挑战，该研究通过同质结设计的策略，整合了手性反铁磁的“非共线自旋指纹”的两个核心维度，利用非常规的自旋流诱发手性反铁磁序的非常规磁动力学，在零磁场条件下实现了磁序的确定性完全翻转，在具备灵活可控的零场翻转极性的同时，翻转效率也实现了大幅度跃升。该研究进一步从磁八极子的独特视角切入，通过对驱动力和能垒的来源和形式做系统的理论分析，破解了手性反铁磁电学翻转的“效率密码”，指出自旋极化与磁易面的倾斜几何构型能够突破手性反铁磁领域长久以来的“超低的能垒和超高效的驱动力无法共存”的限制，是实现高效率全电学翻转的关键，该理论机制对其他易面非常规磁体也具有推广意义。该项工作打通了手性反铁磁从基础研究走向应用的关键环节，不仅为开发兼具超高密度、超快读写和低功耗特性的新一代磁存储器提供了关键技术支撑，也为基于手性自旋振荡和自旋力矩二极管效应的太赫兹纳米振荡器与整流器研发奠定了重要科学基础。