近期，中國科學院合肥物質院強磁場中心與復旦大學等單位合作，依托穩態強磁場實驗裝置(SHMFF)，在室溫二維vdW鐵磁體Fe3GaTe2自旋動力學研究中取得重要進展，發現了頻率高達351.2 GHz的自旋波，并揭示了該亞太赫茲自旋頻率來源于強垂直磁各向異性。該成果發表于國際權威期刊Nano Letters。
 

　　近年來，自旋電子學作為后摩爾時代克服量子限制效應帶來的性能瓶頸的重要技術之一，得到了廣泛關注。其中，二維(2D)范德瓦爾斯(van der Waals，vdW)磁性材料因其獨特的層狀結構和卓越的磁學性能，在開發高效低功耗自旋電子器件中展現出巨大的應用潛力。Fe3GaTe2是目前2D vdW鐵磁體中，具有最高居里溫度(TC ~ 350-380 K)、且具有顯著垂直磁各向異性的二維磁性材料，是新型自旋電子器件的理想候選材料之一。
 

　　聯合研究團隊依托SHMFF超導磁體SM1超快磁光系統，采用雙色激光泵浦探測的超快時間分辨磁光克爾(TR-MOKE，圖1a)技術，系統研究了Fe3GaTe2薄層和Fe3GaTe2/Co異質結的自旋動力學。研究表明，在10 K和70 kOe的外加磁場下，Fe3GaTe2的自旋進動頻率高達351.2 GHz(圖1c)，是目前已知2D鐵磁材料的最高值。而且，與同類2D鐵磁材料(Fe5GeTe2，0.007)和傳統強垂直各向異性鐵磁材料(FePt，0.2)相比，Fe3GaTe2具有適中的本征阻尼因子(0.039)(圖1d)。通過溫度依賴關系等規律的獲取以及理論分析，團隊揭示了該亞太赫茲自旋頻率來源于Fe3GaTe2的強垂直磁各向異性。隨后，為了探索層間耦合效應，研究團隊進一步研究了Fe3GaTe2/Co異質結的自旋動力學行為；發現盡管與三維磁性材料Co的層間耦合會降低自旋進動頻率，但對整體系統的自旋動力學影響較小，這證實了二維Fe3GaTe2在異質結中的主導地位。這一系列研究結果表明，作為二維室溫磁性材料，Fe3GaTe2具有開發更快數據處理速度、更高信息存儲密度自旋電子器件的潛力。
 

　　復旦大學張嘉麗博士和強磁場中心汪洲博士為該工作的共同第一作者；復旦大學張宗芝教授與強磁場中心盛志高研究員為共同通訊作者。復旦大學張榮君教授、華東師范大學金慶原教授、同濟大學劉要穩教授和時鐘教授等對該工作提供了大力支持。該項研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中央高校基本業務費等項目，以及強磁場安徽省實驗室的支持。
 

圖1、超快自旋動力學實驗示意圖和Fe3GaTe2超快自旋動力學行為。