在人工智能、大数据、物联网等领域对数据存储需求的驱动下，自旋轨道转矩（SOT）驱动的磁随机存储器迎来快速发展，其利用自旋轨道转矩调控磁矩实现翻转，在响应速率和功耗方面展现出显著优势。传统自旋霍尔体系中由于固有的对称性限制，仅依靠面内反阻尼转矩无法实现垂直磁化铁磁层的确定性翻转。为解决垂直磁化铁磁层的无场翻转难题，传统策略常采用引入外加磁场、层间交换相互作用、非对称结构设计等方案。这些方案虽能实现零外场磁化翻转，但会显著增加器件结构设计与制备工艺的复杂度，严重制约了存储单元的高密度排布与规模化集成。

在此背景下，许小红、王飞教授团队联合山东大学张力舒研究员、天津工业大学张德林教授，利用低晶体对称性外尔半金属NbIrTe₄产生的强面外自旋流，在室温下实现了垂直磁化的高效全电学无场翻转。研究团队构筑了高质量NbIrTe₄/CoFeB异质结器件，并系统研究其电流驱动的垂直磁化翻转行为。实验结果表明，当电流沿NbIrTe₄的低对称a轴施加时，器件可在零外加磁场下实现磁化翻转，临界翻转电流密度低至3.6×10⁶ A cm^-2。相应翻转功耗比已报道的低对称性晶体WTe₂器件低16倍，比TaIrTe₄器件低4倍，是目前已报道的功耗最低的本征低晶体对称性材料。结合磁滞回线偏移测量和第一性原理计算进一步发现NbIrTe₄具有高达2.61 × 10⁴ (ℏ/2e)(Ω·m)^-1的面外自旋霍尔电导率，这是其实现高效、稳定垂直磁化翻转的关键原因。此外，该无场翻转在高达19 mT的面内磁场扰动下仍能保持稳定翻转极性，展现出优异的抗磁场扰动能力。该工作不仅拓展了本征低晶体对称性自旋电子学材料的选择范围，也为开发超低功耗、全电学控制的下一代MRAM和SOT器件提供了重要材料平台。

相关成果以“All-Electric Low-Power Switching of Perpendicular Magnetization by Low-Crystal-Symmetry Weyl Semimetal NbIrTe₄”为题，发表在国际知名期刊《ACS Nano》。我院来嘉敏副教授、博士生侯蕊、严志副教授和天津工业大学硕士生靳明芬为论文共同第一作者，许小红教授、王飞教授、张力舒研究员和张德林教授为论文共同通讯作者，山西师范大学为第一完成单位。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.6c03869

图1，NbIrTe₄的晶体结构与零场下电流驱动的垂直磁化翻转曲线