宋成教授团队长期深耕自旋电子学领域，科研成果接连取得重大突破。2025 至 2026 年，团队连续两年在国际顶级期刊《Nature》发表原创性成果，先后实现交错磁体调控、手性反铁磁效率密码破解等关键科学突破。两项重大成果均依托清华大学微纳加工中心的超高真空互联系统完成，充分彰显了中心高端设备平台与前沿基础研究深度融合的强大支撑能力与重要创新价值。

2025年：解锁交错磁体晶体对称性调控新维度

传统研究对交错磁体的调控仅局限于奈尔矢量层面，研究视角的单一限制了其实际应用。研究团队依托超高真空互联系统，实现了 CrSb 薄膜的高质量生长与精准调控，在保持奈尔矢量易轴取向不变的前提下，成功诱发晶格畸变、实现镜面对称性破缺和磁空间群转换，首次在晶体对称性维度实现对交错磁体的有效调控。团队进一步发现了交错磁体的全新物理特性，首次在交错磁体中实现室温自发的反常霍尔效应，提出零磁场电学翻转判据，并实现有、无磁场辅助两类电学翻转模式，翻转效率较铁磁材料提升一个数量级，为交错磁体信息存储器件的低功耗数据读写提供了全新策略。相关成果以《利用晶体对称性操控锑化铬中的交错磁体序参量》[1]为题发表于 2025 年 2 月《Nature》，成为交错磁体领域的里程碑式研究。

图1.CrSb晶格畸变引起磁空间群转换

2026年：破解手性反铁磁电学操控“效率密码”

手性反铁磁是突破磁存储技术瓶颈的理想材料，而零磁场下的高效电学操控是其走向实际应用的核心难题。研究团队再次依托超高真空互联系统的分子束外延等先进工艺，成功构筑出手性反铁磁 Mn3Sn 同质结，实现了零辅助磁场下手性反铁磁序的 100% 全电学翻转，且翻转极性灵活可控、抗磁场干扰特性优异，可承受 0.3 T 以内的磁场干扰，突破了传统翻转策略对磁场的依赖。团队从磁八极子视角切入，系统解析了手性反铁磁电学翻转的驱动力与能垒机制，发现自旋极化与磁易面的倾斜几何构型，突破了 “超低能垒与超高效驱动力无法共存” 的行业难题，让翻转效率指标实现量级提升，其中 μ0Hc/Jc 较铁磁材料提升两个数量级。相关成果以《手性反铁磁序的零场完全翻转》[2]为题发表于 2026 年 2 月《Nature》，打通了手性反铁磁从基础研究走向器件应用的关键环节，为新一代超高密度、超快读写、低功耗磁存储器研发奠定核心技术基础。

图2.手性反铁磁同质结的全电学100%翻转

超高真空互联系统设备简介

清华大学微纳加工中心的超高真空互联系统，是专为前沿薄膜材料研究打造的高端集成化平台，也是支撑自旋电子学两项重大成果的核心设备，其独特性能优势，为高质量薄膜材料制备与研究提供了强有力的实验条件。该系统采用一字排布的腔体布局，以真空互连的方式实现各腔体原位自由组合，从根本上减少了不同工艺过程中样品暴露大气产生的污染，保障了高质量薄膜材料的制备与表征工作。系统集薄膜生长与原位表征于一体，整合分子束外延、磁控溅射、原子层沉积、激光溅射沉积等先进薄膜生长工艺，搭配角分辨光电子能谱、扫描探针显微镜、扫描俄歇显微镜等原位表征手段，实现了从材料生长到性能表征的一体化、原位化操作，无需对样品进行二次转移，最大程度保留样品的原始状态，为研究人员探索材料的本征物理特性、实现精准的材料调控提供了关键保障。

图3.超高真空互联设备

[1] Z. Zhou, X. Cheng, M. Hu, R. Chu, H. Bai, L. Han, J. Liu, F. Pan, C. Song,Nature2025, 638, 645.

[2] Z. Zhou, Y. Cao, Z. Pan, Y. Zhang, S. Liang, F. Pan, C. Song,Nature2026, 651, 341.

撰 稿｜高兆艳

编 辑｜陈雅璐

审 核｜伍晓明