2026年3月，北航集成电路学院三篇研究论文同期发表于材料类顶尖期刊《Advanced Materials》，分别在新型体层间DMI效应稳定三维拓扑磁织构、反铁磁新材料设计与调控、光控非线性输运增强等前沿领域取得突破性进展，充分彰显学院在材料机理创新与应用领域的深厚积累和创新能力。
（1）张悦、张昆、赵巍胜等：
新型体层间DMI效应稳定三维拓扑磁织构
在自旋电子学中，三维拓扑磁织构的稳定构建与精准调控是实现新一代高性能磁存储和磁振子电路的关键。Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）作为一种反对称交换相互作用，是实现自旋倾斜排列，调控自旋手性的关键物理效应，更是构建三维拓扑磁织构的核心基础。然而传统的界面型、体相型、层间型DMI受限于各自的对称性破缺方式，无法同时实现长程作用特性与垂直手性，这一核心瓶颈阻碍了三维拓扑磁织构的实际应用，探索兼具长程特性与垂直手性的新型DMI成为自旋电子学领域的研究热点。
团队通过对称性破缺工程在磁性多层膜体系同时引入面内方向的原子偏移和垂直方向的厚度梯度，首次实现体层间DMI（BIL-DMI），该效应具有长程的垂直磁手性，突破了传统DMI的固有局限。并且，BIL-DMI诱导产生的面内/面外等效场的方向与大小可通过DMI梯度灵活调控，为自旋手性的精准调控提供了全新自由度，且等效场对外加磁场呈现出独特的线性依赖关系，与传统DMI的饱和响应行为形成鲜明差异。基于该效应，团队在理论上稳定了能作为磁振子输运波导的新型横向斯格明子/双半子管磁织构，为三维磁振子电路的研究和应用提供了新的材料和理论基础。2026年3月15日，该成果以“Long-Range Bulk-Like Interlayer Dzyaloshinskii-Moriya Interaction Enables Stabilized 3D Magnetic Textures”为题发表于《Advanced Materials》，北航集成电路学院博士生李博、林克廉、束逸、陈磊为论文共同第一作者
图1. 新型BIL-DMI构建长程垂直磁手性，稳定三维拓扑磁织构
Science & Technology
（2）王聪、赵巍胜、史可文等：
新型非共线反铁磁结构中反常霍尔效应的发现
反铁磁材料在自旋电子学领域中展现出鲁棒性和超快动力学等优异的特性，使其在下一代磁存储器的应用中表现出极大的潜在应用价值。众所周知，反铁磁材料几乎不对外表现出净磁化强度，因此理论预测它不会像铁磁材料那样产生反常霍尔效应（AHE），但某些特殊的非共线反铁磁近年来却被报道可以产生显著的AHE。反钙钛矿化合物Mn3GaN存在丰富的非共线与非共面磁结构，因此成为研究反铁磁自旋输运行为的重要体系之一。Mn3GaN除了拥有被广泛关注的Γ5g三角反铁磁相外，在压力或引入空位的情况下，该体系在低温区还存在一种称为M-1的四方反铁磁结构。至今，AHE在反铁磁体系中主要存在于非共线三角反铁磁和交变磁中，该M-1四方反铁磁结构是否也存在反常霍尔效应，未曾见过报道。探索不同反铁磁结构产生AHE的可能性与机制不仅为自旋电子学的发展提供新的理论指导，而且为新型反铁磁磁存储器的研发提供新的材料基础。
团队在Mn3GaN外延薄膜中成功获得了特殊的M-1四方反铁磁相，并首次在该磁相中发现明显的反常霍尔效应，其霍尔电导高达180 S cm-1。进一步证明该M-1磁相的反常霍尔效应主要来源于四方反铁磁结构。该四方反铁磁结构所产生的反常霍尔效应大小可与大部分所报道的AHE相比拟。2026年3月19日，该成果以“Discovery of Anomalous Hall Effect in a New Noncollinear Antiferromagnetic Phase”为题发表于《Advanced Materials》，北航集成电路学院博士生王婧瑶、蒋宇昊为论文共同第一作者
图2. 新型非共线反铁磁材料制备及其AHE发现
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（3）赵巍胜、张慧、孙继荣、陈晓冰等：
KTaO3（111）界面二维电子气中光诱导非线性霍尔效应的巨幅增强效应
非线性霍尔效应（NLHE）作为霍尔效应家族的新成员，近年来备受关注。不同于传统霍尔效应，NLHE是对纵向交流电流的二阶电场响应，可在无需外加磁场的情况下，在横向产生倍频和直流信号，因此在高频整流、无线能量转换等领域展现出独特的应用潜力。然而，如何在实际材料体系中获得高强度、可调控的NLHE信号，一直是制约其应用的关键科学问题。
北航集成电路团队联合中国科学院物理研究所、粤港澳大湾区（广东）量子科学中心团队在钽酸钾KTaO3（111）界面构建高质量二维电子气体系，并通过引入光场调控手段，系统研究了不同激光功率与波长对非线性输运行为的影响。实验结果表明，在光照作用下，该体系的二阶横向电压不仅显著增强，还发生了符号反转，对应的二阶横向电导率从黑暗态的3.3×10-5 μm V-1 Ω-1跃升至2.4 μm V-1 Ω-1，提升近五个数量级，达到了目前氧化物界面二维电子气体系的最高水平。光激发使载流子从界面缺陷态跃迁至Ta 5d导带，产生高迁移率光生载流子，显著放大非线性输运响应，实现光致巨幅增强。第一性原理计算表明，随着光激发引起的费米能级上移，该体系的贝里曲率三重态发生符号变化，进而导致非线性霍尔信号的符号反转。本研究不仅深化了对低维量子体系中非线性输运机制的理解，也为发展新一代光控电子器件提供了关键材料基础，在高频整流器、无线能量采集及新型信息处理器件等方向具有重要应用潜力。2026年3月24日，该成果以“Light-Induced Giant Enhancement of the Nonlinear Hall Effect in Two-Dimensional Electron Gases at KTaO3 (111) Interfaces”为题发表于《Advanced Materials》，北航集成电路学院硕士生田大明为学生第一作者
图3. 二维电子气中光诱导非线性霍尔响应的巨幅增强及符号反转
