近日，我系向红军教授课题组在绝缘反铁磁材料产生纯自旋流邻域取得重要进展。相关研究成果以“Generation of Pure Spin Current with Insulating Antiferromagnetic Materials”为题，于2025年10月3日发表在《Physical Review Letters》上，并被选为编辑推荐论文(Editors’ Suggestion)。

自旋电子学作为凝聚态物理学的前沿领域，通过利用电子自旋而非电荷传递信息，有望突破传统电子器件的限制。尤其是纯自旋电流（不伴随净电荷流）的生成对于实现超低功耗操作、消除欧姆损耗和实现非易失性信息处理至关重要。虽然前人已通过类比传统压电效应提出了压自旋效应概念——即通过对绝缘反铁磁材料施加应变可产生纯自旋流(见图1)，但相关研究仅局限于紧束缚模型模拟，缺乏第一性原理计算与实验验证以及具有实际应用前景的候选材料。

本研究首先对允许存在自旋偶极矩和压自旋效应的磁点群进行了全面系统的分类。其次，创新性地开发了用来计算自旋偶极矩及压自旋效应系数的第一性原理计算方法，并在二维MnPS₃中得以验证(见图2)。最后，基于上述方法，通过对实验数据库中数千种磁性材料的高通量筛选(见图3)，发现了诸如 FeOOH(见图4)、Cr₂O₃ 和 NaMnX（X=As、Bi、P、Sb）等具有显著压自旋效应及有应用前景的材料。本研究不仅为研究自旋偶极矩相关现象（如铁涡性、分数量子自旋偶极矩、压自旋电子学）提供了可靠的第一性原理计算工具，而且还为开发能耗极低的下一代自旋电子器件提供了具有实际应用前景的候选材料。

我系博士生陈英炜为论文第一作者，博士生洪亮亮与南京大学万贤纲教授参与了该工作，我系2023届博士毕业生（现中国科学院物理研究所博士后）季峻仪博士和向红军教授为共同通讯作者。该工作获得了复旦大学物理系、计算物质科学教育部重点实验室、应用表面物理国家重点实验室、北京凝聚态物理国家实验室、国家自然科学基金委、国家科技部、上海科学技术委员会、广东省基础与应用基础研究基金委员会、新基石科学基金会以及国家创新人才博士后计划等的大力支持与资助。向红军课题组从事计算凝聚态物理，侧重于计算方法（包括机器学习方法）发展和程序开发等方面的研究。

文章信息：

Generation of Pure Spin Current with Insulating Antiferromagnetic Materials, Yingwei Chen, Junyi Ji^†, Liangliang Hong, Xiangang Wan, and Hongjun Xiang^†, Phys. Rev. Lett. 135, 146703 (2025).

https://doi.org/10.1103/n8d2-hjnd

图1. 自旋偶极矩、压自旋效应和分数量子铁电性的概念示意图。

图2. 二维MnPS₃的反铁磁结构，以及不同计算方法下自旋偶极矩相位随应变的变化。

图3. 纯压自旋效应候选材料的高通量筛选流程图解。

图4. FeOOH的磁结构，及其自旋偶极矩相位随施加应变的变化。