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磁隨機存儲器（MRAM）利用磁化方向存儲信息，兼具非易失性、高速度和高耐久性，是新一代信息存儲的發展方向。其中，自旋—軌道力矩（SOT）利用強自旋軌道耦合材料高效產生自旋流，實現了讀寫解耦的磁矩操控，是推動MRAM向更低寫入功耗、更高運行速度演進的核心技術。然而，現有SOT-MRAM仍需要較大的寫入電流密度，不僅導致嚴重的焦耳發熱，更限制了器件尺寸的進一步微縮與高密度集成，成為制約其發展的瓶頸。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所團隊致力于高效SOT材料與器件研究。近期，科研團隊利用晶體對稱性工程，創制出六角相5d金屬氧化物SrIrO₃薄膜，證實了由非點式對稱性保護的拓撲狄拉克半金屬態，并利用其獨特的電子結構實現了室溫下高達2.26的自旋霍爾角，將器件磁化翻轉功耗較傳統重金屬降低了一個數量級以上。

研究發現，通過精準控制外延生長取向，可以將SrIrO₃穩定在一種具有非點式滑移對稱性的六角晶體結構相中。這種特殊的原子排列方式，在材料的能帶結構中形成了受對稱性保護的拓撲狄拉克點。研究同時觀測到體相的三維拓撲狄拉克節點和二維的自旋—動量鎖定表面態，為電荷—自旋轉換效率提供了直接的微觀物理根源。器件輸運實驗證實，六角SrIrO₃提供的自旋軌道力矩，可以實現超低閾值電流密度的垂直磁化翻轉，展現出超低功耗應用的潛力。

這種由非點式對稱性產生的拓撲態受晶格嚴格保護，不僅具有極高的穩定性，更能通過主動調控晶格結構實現材料的理性設計。基于此，團隊提出了晶體對稱性—拓撲電子態—高效SOT的協同設計策略，確立了晶體對稱性作為設計和篩選高性能自旋源材料的有效物理判據，為研發下一代超低功耗自旋電子器件提供了新的材料平臺與科學指導。?

相關研究成果發表在《國家科學評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院相關項目的支持。

研究實現超低功耗磁翻轉