层状二维材料具有结构及性能等方面诸多优势，为解决集成电路领域器件尺寸和能耗问题带来了希望。近日，我校量子材料与器件研究院姜勇教授团队围绕新型二维材料的制备和自旋电子学器件研究取得系列进展：
电子—空穴共振驱动的范德华异质结构中大各向异性磁电阻
针对传统自旋输运研究主要关注电子或空穴单一载流子输运行为，而对电子–空穴补偿体系重视不足的问题，姜勇教授、贾志研教授与东南大学夏钶教授团队联合构筑了WTe2/Fe3GaTe2全二维异质结构，系统研究了WTe2中的电子–空穴共振与铁磁界面磁矩之间的耦合作用。研究发现，电子-空穴共振能够实现不受库仑力约束的自旋角动量转移，从而在WTe2/Fe3GaTe2界面处产生巨大的非传统各向异性磁阻（UAMR），其值高达289%。此外，在空穴占主导的温度区（<80 K）出现手性横向输运，在电子逐渐占优的中间温区（~150 K），霍尔电阻出现高阶对称分量。计算表明，非常规输运源于二维界面效应而非体相叠加。这些发现揭示了电子和空穴在自旋输运中的协同作用，拓展了以电子为主导的自旋输运研究框架，为设计新型非易失性自旋电子器件提供了新的理论与实验依据。这一研究成果以“Giant unusual anisotropic magnetoresistance enabled by hole-electron resonance in van der Waals heterostructures”为题，发表于《Nature Communications》上。
图1.WTe2/Fe3GaTe2异质结构中空穴—电子共振驱动界面自旋角动量传递。
面内各向异性AgVP2S6多模态图像处理的极化反转和离子-电子共调制
传统视觉传感器在感知方向维度上的固有局限，阻碍了偏振识别与多功能协同架构的无缝集成，且偏振取向与离子迁移之间协同耦合的物理机制仍不明晰。姜勇教授、贾志研教授、叶坤副教授联合安徽大学王守国教授团队，设计并合成了单斜相AgVP2S6二维晶体：其中钒（V）原子沿b轴构成共边畸变八面体链，银（Ag）原子则在规整的锯齿链中呈现准一维有序排布。AgVP2S6沿a、b轴的电学与光电响应各向异性可归因于Ag+离子迁移在不同方向上差异显著的能垒。基于AgVP2S6的突触器件在671 nm与914 nm光照下展现出的偏振反转行为，验证了其在混合多模态图像处理中的有效性与可靠性。通过构建离子–电子协同调制策略，实现了各向异性离子–电子传输、可见–近红外光谱响应、突触可塑性与先进图像处理能力的有机融合，为面向神经形态计算、自主导航及多模态成像应用的下一代各向异性光电器件设计提供了全新平台。这一研究成果以“Polarization reversal and ion-electron co-modulation in in-plane anisotropic AgVP2S6 for multimodal image processing”为题，于2026年6月8日在线发表于《Nature Communications》上。
图2.极性反转用于多模态图像处理。
室温下Fe3GaTe2/磷全范德华自旋阀中磁场角度-无关的高磁阻和-关联的矫顽力现象
针对二维自旋阀或磁性隧道结难以在室温下工作及室温下磁电阻较低的问题，姜勇教授、贾志研教授联合华中科技大学常海欣教授和北京航空航天大学王中长教授展开相关研究。利用二维铁磁体Fe3GaTe2作为上下电极，并引入单质黑磷（BP）或紫磷（VP）作为自旋输运间隔层，构筑了Fe3GaTe2/BP/Fe3GaTe2与Fe3GaTe2/VP/Fe3GaTe2全二维垂直自旋阀。BP器件在300 K下实现最高103%的磁电阻比，且磁电阻不随外加磁场方向而改变，而矫顽力随磁场角度显著变化。磁光克尔显微成像与理论分析表明，该现象来源于Fe3GaTe2强垂直磁各向异性下的畴壁运动主导的磁化翻转模式。第一性原理计算显示，以单层BP为间隔层的异质结在费米能级附近可具有高达330%的理想磁电阻。该研究为室温二维自旋电子器件提供了新的材料与结构设计思路，相关结果以“Field angle-independent high magnetoresistance and field angle-dependent coercivity in Fe3GaTe2/Phosphorus all-van der Waals spin valves at room temperature”为题，于2026年7月2日在线发表于《Nature Communications》上。
图3.Fe3GaTe2/P/Fe3GaTe2全范德华自旋阀的室温磁阻及磁场角度依赖特性。
上述研究成果，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
（审稿：材料科学与工程学院 王春红 编辑：党委宣传部 李焕峰）
图片来源：材料科学与工程学院