二维 Mn2P2Se6/Sc2CO2 范德华异质结构多铁隧道结中的高隧穿磁阻与隧穿电阻
多铁隧道结因其多功能特性，在非易失存储器件中展现出重要潜力。在范德华异质结构中，反转铁电材料的极化方向能够调控能带结构，为开发新型多铁隧道结提供了可能。本文选取二维铁电材料 Sc2CO2 与铁磁材料 Mn2P2Se6 构建范德华异质结构及多铁隧道结。通过相对平移 Mn2P2Se6 层以及反转 Sc2CO2 的极化方向，共考虑六种可能的堆垛构型。根据结合能计算，选择具有向上和向下极化的两种 AC 堆垛构型开展进一步研究。当铁电层极化由向上切换为向下时，AC 异质结构由金属态转变为半导体态。基于这一现象，分别以两种极化态的 AC 异质结构作为隧穿势垒、以金属 Mn2P2Se6 作为电极，设计二维横向多铁隧道结。两侧电极磁矩反平行排列可显著增大两种极化态器件的透射差异，使隧穿电阻比达到 621%。此外，当两侧电极磁化由平行变为反平行时，透射谱发生明显变化，产生高隧穿磁阻；在费米能级处，向上极化构型的 TMR 达 8.48×10³ %，向下极化构型为 1.257×10³ %。因此，AC 堆垛的 Mn2P2Se6/Sc2CO2 范德华异质结构适合用于高性能多铁隧道结和高密度非易失存储器件。（Journal of Physics: Condensed Matter, 2025, 37: 475301. DOI: 10.1088/1361-648X/ae1ab8.）
Mn 掺杂块体 PbPdO2 的量子自旋输运性质
调控半导体中的自旋依赖输运对于发展低功耗自旋电子和自旋光电子器件至关重要。本文结合第一性原理密度泛函理论与非平衡格林函数方法，系统研究 Mn 掺杂 PbPdO2的自旋极化输运性质。结果表明，Mn 掺杂 PbPdO2 呈现新颖的自旋过滤行为：在平行磁排列和 0-0.35 V 偏压范围内，自旋向上电流比自旋向下电流高三个数量级。在 0.2 V 偏压下，器件可获得约 104 数量级的巨磁阻比。此外，在温度梯度不超过 400 K 时，体系还表现出热驱动自旋过滤效应，自旋极化接近 100%，可逆开关效率超过 80%。本研究弥补了过渡金属氧化物自旋输运机理认识中的关键空白，并为自旋过滤器件和磁阻传感器的设计提供了理论依据。（Physica B: Condensed Matter, 2026, 723: 418118. DOI: 10.1016/j.physb.2025.418118.）
基于双层 MoGe2N4 的滑移铁电隧道结实现高达 109 % 的巨隧穿电阻比
新兴滑移铁电材料在设计高隧穿电阻比的铁电隧道结方面具有重要潜力，是下一代非易失存储器的候选体系。本文理论设计了一种采用滑移铁电双层 MoGe2N4 的铁电隧道结，其隧穿电阻比可高达 109 %。第一性原理计算揭示了双层 MoGe2N4 在导带底和价带顶附近的层分辨能带结构。双轴拉伸应变会减小其带隙，并在 8% 应变时诱导半导体到金属的转变，此时特定层的导带底下降至费米能级以下；发生金属化的层由双层 MoGe2N4 的面外极化方向控制。更关键的是，作为沟道的半导体单层 MoGe2N4 可被双层电极中与其化学键合的金属化下层带动而金属化。当电极极化向下时，下电极层和沟道均为金属态，器件处于导通态；当极化向上时，两者均恢复半导体态，器件进入阻断态，由此获得巨大的隧穿电阻比。该工作为基于滑移铁电材料构建高性能铁电隧道结提出了一种新的器件架构。（Applied Physics Letters, 2025, 127: 133505. DOI: 10.1063/5.0285671.）
二维非易失谷自旋阀
自旋阀是磁存储技术中的成熟器件概念，其功能由两个铁磁层磁矩相对排列所控制的电子透射决定。随着谷电子学的发展，谷自旋阀利用谷自由度和自旋-谷锁定，在不依赖磁性的情况下实现类似的阀效应。本文提出一种基于二维铁电半导体的非易失谷自旋阀，其电阻由两个均匀极化畴之间的铁电畴壁控制。以单层极限下仍保持铁电性的 1T″-MoS2 为例，结合密度泛函理论与量子输运计算证明，在均匀极化态与两个相反极化畴由畴壁分隔的状态之间切换，可产生高达 107 倍的电阻变化。当 1T″-MoS2 的化学势处于自旋分裂谷范围内时，相同极化方向的两个区域具有匹配的谷依赖自旋极化，从而产生高透射；相反极化方向则造成自旋失配并显著抑制透射。所提出的非易失谷自旋阀可作为高性能非易失谷电子学器件的功能单元。（ACS Nano, 2025, 19: 3448-3454. DOI: 10.1021/acsnano.4c12812.）
电学可调反铁磁多铁隧道结
基于二维范德华材料的反铁磁多铁隧道结有望用于低功耗自旋电子器件，但其微观磁电耦合机制尚不清楚。本文结合第一性原理计算和非平衡格林函数理论，提出由 CuInP2S6 与双层 ScCl2 构成的二维反铁磁多铁隧道结模型，可实现磁态的全电学控制和多个非易失电阻态。CuInP2S6 的铁电极化反转能够使双层 ScCl2 的层间磁构型在铁磁态与反铁磁态之间切换。该转变源于交换机制由超双交换转变为超超交换：通过多阴离子路径、保持自旋的跃迁所介导的超双交换稳定铁磁耦合，而跨越范德华间隙的长程虚跃迁产生的超超交换则有利于反铁磁排列。这一机制揭示了由极化诱导交换路径重构驱动的磁电耦合。Au/CuInP2S6/双层 ScCl2/Au 器件在零偏压下的隧穿磁阻为 498%，在 0.15 V 时提高至 2×103 %。结果表明，交换机制工程是电学控制二维自旋电子器件中反铁磁性的关键策略。（ACS Applied Electronic Materials, 2026, 8: 6385-6395. DOI: 10.1021/acsaelm.6c00709.）