近年来，随着自旋电子学在高密度存储、低能耗逻辑以及类脑计算等前沿方向快速推进，如何以非磁场方式高效操控自旋极化状态成为国际研究的重要焦点。多铁性材料为这一目标提供了关键突破：利用铁电、铁弹等铁性序之间的耦合，可实现通过电场或应力对磁性进行非易失调控。然而，由于铁电性与铁磁性在电子起源上的天然冲突，可在室温稳定工作的多铁磁电系统仍十分有限。与此同时，一种全新的磁性态——交错磁性（altermagnetism）正逐渐成为自旋电子学的研究热点。这类材料在保持零净磁矩的同时展现出独特的非相对论性自旋分裂，但长期缺乏一种能够有效操控其自旋极化的“共轭场”，限制了其在器件中的实际应用潜力。

图1.传统反铁磁体和交错磁体中应变调控自旋的示意图

近日，物理学院陆赟豪教授课题组提出了一种不同于传统磁电耦合的新思路：利用铁弹性切换来直接操控交错磁体中的自旋极化状态。该研究从晶体对称性出发表明，在传统反铁磁体中，即便施加应力，由于空间反演–时间反演（PT）或平移–时间反演（τT）对称性保持不变，自旋能级始终成对简并（图1b），无法通过应变实现能量上的自旋劈裂。而在交错磁体中，反铁磁子晶格之间并非通过反演或平移，而是通过旋转或镜面对称相联系，因此铁弹应变可以直接破坏这些旋转或者镜面类对称操作。当应力沿非垂直或非镜面对称方向施加时，原有的镜面对称性被破坏，从而在整个布里渊区引发自旋能带劈裂。进一步地，将铁弹应变与两个反铁磁子晶格的自旋劈裂能量差结合，可得到这一机制的有效自由能项:这意味着铁弹性应变切换可以作为切换自旋极化状态的非易失开关，如图1d所示，当晶格从 RC1相（a>b）转变至 RC2相（a<b）时，自旋极化方向随之反转，从而揭示了一种全新的由铁弹应变驱动的自旋调控机制。

图2.两个铁弹相(a) RC1和(a) RC2的能带结构。

基于这一机制，研究团队通过第一性原理计算设计并筛选了M₂XY和 M₂X₂AB体系中的多种候选铁弹交错磁体材料。以单层Janus结构的铁弹交错磁体V₂OS，在该材料中，铁弹应变能有效破坏原有的四重旋转和镜面对称，从而在能量空间中打开自旋能级的劈裂，并可通过铁弹态的切换实现自旋能级排序的可逆调控。计算表明，V₂OS不仅具有可实现的铁弹能垒（约 0.12 eV/f.u.），而且磁有序在室温下仍可保持稳定。此外，由于 dxz/dyz轨道在两种铁弹态中发生明显的重新排列，该材料在 Γ–X 与 Γ–Y方向展现出显著的电子结构各向异性（图2），从而表现为一种“全补偿亚铁磁”态的二维体系。更重要的是，该体系不仅可以通过铁弹应变切换面内自旋电导的方向图3a），在外加垂直电场构建的磁隧道结中也表现出优异的面外自旋过滤能力（图3b），其两个铁弹态之间的隧穿磁阻差可超过 200%，展示了在高密度、低功耗自旋器件中的巨大应用潜力。

图3.两个铁弹相的(a)面内自旋电导和(a)电子隧穿磁阻效应。

该研究提出并验证了一种新的铁弹–交错磁耦合机制，为操控交错磁性开辟了全新的物理通道，也为多铁性材料研究引入了新的方向。

相关成果以“Spin Inversion Enforced by Crystal Symmetry in Ferroelastic Altermagnets”为题发表于《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 135, 266701 (2025))。论文第一作者为浙江大学物理学院博士研究生黄玉强，合作者包括北航中法航空学院的华陈强副研究员，香港科技大学的刘军伟教授（共同通讯作者）和徐润章博士，浙江大学物理学院的郑毅研究员（共同通讯作者）和陆赟豪教授（共同通讯作者）。本工作受到科技部国家重点研发、浙江省自然科学基金基金重大项目，以及香港研究资助局的资助。