近日，我校電子信息學院磁電子器件與系統團隊在磁性異質結的電壓控制磁各向異性研究領域取得創新性研究成果。相關工作以“Voltage-controlled magnetic anisotropy in Pt/Fe/MgO and 2D dielectric LaOBr-capped Pt/Fe/MgO heterostructures”為題發表于美國物理聯合會旗下的旗艦期刊《Applied Physics Reviews》（IF:11.6）。2023級碩士研究生張欣卓為論文第一作者，電子信息學院周鐵軍教授、顏士明副教授為論文通訊作者，杭州電子科技大學為論文第一通訊單位。

在磁電隨機存取存儲器（MeRAM）中，磁性異質結是其核心功能單元，高效的電壓控制磁各向異性效應（VCMA）是實現低功耗、快速信息寫入的關鍵。揭示影響異質結VCMA系數的關鍵因素，并探索在器件化過程中仍能保持高VCMA系數的異質結結構，對于推動MeRAM技術的發展具有重要意義。

針對上述挑戰，周鐵軍/顏士明團隊持續深耕于磁性異質結的磁各向異性的電壓調控機制研究。團隊從理論層面出發，基于磁各向異性能的二階微擾理論首次明確了自旋-軌道耦合（SOC）常數和自旋極化與VCMA系數的關系。在此基礎上，團隊進一步對具有高SOC常數的Pt原子覆蓋的Pt/Fe/MgO異質結展開了軌道層面與結構調整的系統研究。計算結果進一步確認除了原子SOC常數與自旋極化外，原子附近的電荷累積/耗盡以及Pt原子費米能級附近dz2軌道能態的分布，同樣是影響Pt/Fe/MgO異質結VCMA系數不可或缺的因素，四者共同決定了異質結的磁各向異性的電場響應。

為解決實際應用中異質結VCMA系數不理想的問題，團隊創新性地提出了利用二維電介質材料LaOBr作為覆蓋的電介質層的策略。相較于傳統電極材料或三維電介質覆蓋，二維電介質層的引入顯著增強了Pt層的交換劈裂及其附近電荷的累積/耗盡，從而使LaOBr/Pt/Fe/MgO異質結的VCMA系數接近理想水平。最后，團隊提出了一種基于二維電介質材料覆蓋的異質結的MeRAM器件的工作方案，為實現高速、低功耗且具備良好工藝兼容性的下一代磁性存儲器提供了一條前景廣闊的設計路徑。