随着量子隧穿现象在固态物理中的广泛应用，电子隧穿作为一种基础的量子现象，推动了各种现代技术的发展，如隧道器件、扫描隧道显微镜和超导量子计算等。近年来，二维材料的出现为探索非传统隧穿现象带来了新的机遇，特别是范德瓦尔斯（vdW）磁体的研究。尽管 vdW 磁体在量子隧穿研究中展现出巨大潜力，但它们在量子干涉效应和自旋相关隧穿机制的研究中仍面临着挑战。 为了解决这些问题，浙江大学郑毅&陆赟豪团队对多层vdW 反铁磁体 CrPS4进行了研究，揭示了可调自旋几何相位的量子隧穿现象。研究表明，CrPS4的方形晶格导致在导电带最低能级附近强烈的 t2g 轨道离域化，这种独特的能带结构造成了自旋通道之间的能量反转，从而抑制了自旋弛豫和自旋跃迁的发生。这一机制使得隧穿电子能够通过相干的量子传输表现出明显的隧道磁阻振荡。以上成果在“Nature Physics”期刊上发表了题为“Quantum tunnelling with tunable spin geometric phases in van der
Waals antiferromagnets”的最新论文。
本文的研究揭示了在多层范德瓦尔斯反铁磁体CrPS4中，电子隧道现象与可调的自旋几何相位之间的关系，拓展了对量子隧道的理解。通过控制磁场引起的相变，研究人员成功实现了对电子隧道的调控，展示了量子干涉现象的显著特征。这一发现表明，CrPS4中存在独特的平行量子隧道机制，禁止了自旋翻转和自旋跃迁的发生，从而为实现新型量子器件提供了新的思路。该研究不仅为进一步探索二维材料中的量子隧道现象奠定了基础，还揭示了反铁磁材料在量子计算和信息处理中的潜在应用。通过深入研究自旋通道的反转及其对隧道行为的影响，可以为设计新型自旋电子器件提供理论指导，推动量子技术的发展。这一工作强调了二维材料和量子效应在现代科技中的重要性，预示着在自旋量子计算、量子存储等领域的广阔前景。 原文详情：Cheng, M., Hu, Q., Huang, Y. et al. Quantum tunnelling
with tunable spin geometric phases in van der Waals antiferromagnets. Nat.
Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-024-02675-x
