【博引航标】优博微展2024 — 材料学院秦培鑫《Mn基非共线反铁磁金属薄膜的磁性及电输运特性研究》

北航研究生 · 公众号 · · 2024-05-23 13:44

正文

【博引航标】

北航优秀博士学位论文微展

博士学位论文是博士生知识水平、科研能力的集中体现，是评价博士生培养质量的核心指标。为进一步提升我校研究生学位论文质量，北航研究生院特开辟【博引航标】优秀博士学位论文微展，邀请我校北京市及校级优秀博士学位论文获得者分享学位论文、科研历程和学习感悟，以榜样的力量激励研究生追求卓越！

根据《北京航空航天大学研究生优秀学位论文评选及奖励办法》，共评选出2024年校级优秀博士学位论文43篇。【博引航标】优秀博士学位论文微展今日推送的是秦培鑫及其获奖论文《 Mn基非共线反铁磁金属薄膜的磁性及电输运特性研究》。

秦培鑫

论文题目：

Mn基非共线反铁磁金属薄膜的磁性及电输运特性研究

指导老师：

刘知琪

获奖类别：

2024年北京航空航天大学优秀博士学位论文

作者简介

秦培鑫，北京航空航天大学材料科学与工程学院2023届博士毕业生，师从刘知琪教授。攻读博士学位期间，研究方向为磁性功能薄膜材料，以第一作者、共同第一作者身份在 Nature、Advanced Materials、ACS Nano、Science Bulletin 等期刊发表论文8篇，曾获博士研究生国家奖学金、北航青年五四奖章、北航校长奖学金优秀科技创新团队等荣誉。目前在北航材料学院从事卓越师资博士后研究工作，入选国家博士后创新人才支持计划。

论文主要内容及贡献

（1）在非共线反铁磁Mn3Ge薄膜中观测到反常霍尔效应和拓扑霍尔效应；依托国家脉冲强磁场中心在53 T的强磁场下观测到未饱和的平行负磁阻效应；利用电场诱发压电应变有效操控了反铁磁自旋，实现了Mn3Ge薄膜室温纵向电阻的非易失性可逆调控。

（2）制备4nm的超薄Mn3Ge薄膜并利用光刻与刻蚀技术构建Hall Bar离子门控器件，通过离子液体施加栅极电压，使超薄Mn3Ge薄膜的载流子浓度降低了90%，并使反常霍尔电阻减小为零。

（3）发现了非共线反铁磁Mn3Pt和共线反铁磁MnPt之间的交换偏置效应，利用非共线反铁磁Mn3Pt构建全反铁磁隧道结器件，在室温实现最高100%的隧穿磁电阻效应。

图1 全反铁磁隧道结器件示意图

论文主要创新点

本文针对传统反铁磁材料难以有效操控、器件信号输出小的关键科学问题，聚焦新型非共线反铁磁材料开展薄膜制备、物性调控、器件构建等研究，主要工作内容和创新性总结如下：

（1）证明了利用压电应变诱发晶格畸变这种低能耗的方式，可以有效操控非共线反铁磁Mn3Ge的自旋结构，从而通过各向异性磁电阻效应能够在室温实现可逆的高低电阻变化，为构建低能耗反铁磁自旋器件提供了新的研究思路。

（2）通过离子液体栅极电压有效调控超薄Mn3Ge薄膜中反常霍尔效应的“开”和“关”，结合理论计算证明了改变载流子浓度能够有效调节薄膜样品的化学势，进而操控反常霍尔效应，为非共线反铁磁研究提供了新的调控方法。

（3）成功制备特征尺寸200 nm的全反铁磁隧道结器件，在国际上首次实现全反铁磁隧穿磁电阻效应，室温磁电阻最高可达100%，比原有单层反铁磁器件信号输出提升了近3个数量级。

代表性创新成果

（1） P. Qin , et al . Room-temperature magnetoresistance in an all-antiferromagnetic tunnel junction. Nature , 613, 485-489 (2023).

（2） P. Qin , et al . Chemical potential switching of the anomalous Hall effect in an ultrathin noncollinear antiferromagnetic metal. Advanced Materials , 34, 2200487 (2022).

（3） P. Qin , et al . Antiferromagnetic spintronics: towards high-density and ultrafast information technology. Science Bulletin , 68, 972-974 (2023).

（4） P. Qin , et al . Anomalous Hall effect, robust negative magnetoresistance, and memory devices based on a noncollinear antiferromagnetic metal. ACS Nano , 14, 6242-6248 (2020).

（5） P. Qin , et al . Noncollinear spintronics and electric-field control: a review. Rare Metals , 39, 95-112 (2020).

经验 分享

（1）学位论文的撰写，需要广泛阅读相关领域的文献，全面充分的了解研究发展现状。同时，研究内容要具有一定的系统性、逻辑性和连贯性。在论文选题方面，要积极的与导师交流沟通，在导师的指导下，不断丰富完善学位论文内容，针对研究过程中的出现的微小问题及时调整。

（2）博士的学习生涯是漫长的，科研过程不会是一帆风顺的，要具有坚定的信念和坚持不懈的信心；同时要学会进行压力管理，可以通过运动等方式来缓解压力，保持良好的心理状态；在遇到困难时，不要害怕寻求他人的帮助和支持，与导师、同学、朋友等保持积极良好的沟通。

对学弟学妹的寄语

首先要保持好奇心与探索精神，科研的本质就是不断提出问题、寻找答案的过程。而且科研不仅需要灵光一闪，同样需要长久的精力付出，希望学弟学妹们能够充分利用好研究生阶段的宝贵时间，做好每学期的大致计划以及每月每周的详细规划。再者要学会合作与沟通，积极倾听他人的意见和建议，不断完善自己的研究方案。最后，保持积极的心态与坚定的信念，每一次的失败都是通往成功的必经之路。

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