近日，我院计算物理与量子能源材料设计团队在二维范德华多铁隧道结的多态共存研究方面取得新进展：相关成果以“Sliding-engineered multiple conductive states in van der Waals VSe₂ devices”为题，发表在国际知名期刊《Applied Physics Letters》上。我院2021级本科生赵思莼为第一作者，自旋芯片与技术全国重点实验室工程师刘士琦博士为共同一作,青年教师杨洁为通讯作者。

随着微电子器件尺寸不断缩小，量子效应和散热问题日益显著，摩尔定律逐渐面临瓶颈。二维范德华材料因其原子级厚度、无悬挂键界面和弱层间作用力，成为后摩尔时代器件开发的重要方向。多铁性材料因其可同时调控自旋和电极化等多重物理量，已成为非易失性存储器的重要候选体系。尤其二维多铁性结构有望推动存储技术向微型化、集成化方向跨越。然而，现有二维多铁性器件大多采用铁磁/铁电异质分离结构，存在界面复杂、集成度低、双场调控能耗大等问题。

针对上述挑战，本研究提出了一种基于二维反铁磁材料VSe₂的多铁隧道结创新设计。利用3R-VSe₂同时具备的磁性与滑移铁电特性，以反铁磁VSe₂作为统一的多功能层，构建了Au–Gr–VSe₂–TaS₂全二维范德华异质结，并通过第一性原理输运计算系统研究了其电子输运性质。研究结果显示，仅通过铁电极化翻转就可实现四种可切换 conductance 状态，若进一步通过自旋轨道矩（SOT）效应调控三层VSe₂磁化方向，可区分状态数更可提升至12种。在优化偏压条件下，器件的隧道磁阻（TMR）和隧道电阻（TER）分可别突破8000%和4000%，表现出极强的电控磁性能和信号读写能力。该工作不仅为二维反铁磁材料在自旋电子学中的应用开辟了新路径，也为发展高密度、低功耗多态存储器提供了全新的器件设计方案。

该工作得到了国家自然科学基金（No. 12404286, 12347160, 12241401）、河南省自然科学基金（No. 242300421671，24A140022）、中国博士后科学基金（2024M762976）,以及自旋芯片与技术全国重点实验室计算平台的支持。

全文链接：https://doi.org/10.1063/5.0288691