极化金属兼具电极化与金属性这一对看似互斥的物性，为新奇量子物态的设计与调控提供了理想平台。若在极化金属中进一步引入长程铁磁序，构筑铁磁极化金属，便可在同一晶格内实现极性畸变、金属输运与铁磁序三者协同耦合。此时极性不再仅仅是静态的结构序参量，它会在导电磁性体系中打破空间反演对称性，使巡游电子在兼具极性畸变与磁交换劈裂的晶格中完成输运过程，为实现高效电调控自旋态带来全新机遇。

　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心M03组沈保根院士团队的陈允忠研究员与陈沅沙副研究员联合国内外多个团队，在铁磁极化金属人工构筑及电控磁新原理方面取得进展。研究选取体相均为非极性的钙钛矿氧化物SrRuO₃（SRO）与CaTiO₃ (CTO)构建外延超晶格，利用 SRO与CTO氧八面体旋转模式失配驱动界面两侧氧八面体子晶格发生协同重构，从而打破晶体空间反演对称性，使超晶格稳定于极性 Pc 空间群。多层电子叠层成像直接证实 Ru、Ti 等 B 位阳离子相对氧八面体中心产生了约 5 pm 的面外极性位移。其中 Ru 离子的极性位移直接出现在兼具铁磁性与金属导电性的 RuO₆子晶格网络之中。光学二次谐波测试表明该极性结构可稳定保持至室温；磁性与电输运测量显示，体系在～150 K 以下出现铁磁有序并维持金属导电性，且极性响应在铁磁转变温度附近出现显著异常，直接证明极性与铁磁序之间存在强耦合效应。第一性原理计算表明，空间反演对称性破缺可在 SRO导电层内产生显著的 Rashba 型自旋劈裂，电流诱发的非平衡自旋积累可对其自身磁矩施加自旋—轨道力矩。实验上，团队实现了最低临界电流密度达2.5×10⁵ A∙cm⁻²的电流驱动磁矩自翻转（比典型重金属 / 铁磁异质结中临界电流密度降低约两个数量级），磁矩翻转最高比例可达 75 %。该研究通过界面氧八面体旋转失配构筑铁磁极化金属并实现超低电流密度磁化翻转，为低功耗自旋电子器件设计提供了新路径。

　　相关研究成果以“A Ferromagnetic Polar Metal with Efficient Electrical Switch of Magnetism”为题发表于《Advanced Materials》。文章通讯作者为中国科学院物理研究所陈允忠研究员、陈沅沙副研究员、陈震研究员，合肥强磁场科学中心盛志高研究员和北京理工大学李元昌教授。文章共同第一作者为时文潇博士后、雷欢、侯德和王浩瑾。该工作还得到了中国矿业大学张俊廷教授、复旦大学袁喆教授、北京航空航天大学张慧副教授、北京科学智能研究院的张泽中研究员以及比利时安特卫普大学Nicolas Gauquelin和Johan Verbeeck教授等国内外合作团队的大力支持。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及欧盟Horizon 2020研究与创新计划等项目支持，并得到稳态强磁场实验装置、上海同步辐射光源和怀柔综合极端条件实验装置等大科学装置支持。

　　文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.74269

图: (a)：非极性氧化物界面氧八面体旋转失配构筑铁磁极化金属示意图；(b)：SRO/CTO超晶格体系晶格极化多层电子叠层成像图；(c)：铁磁极化金属电流驱动磁矩自翻转示意图（上）及不同辅助磁场下反常霍尔电阻随施加电流脉冲变化关系图(下）