类型a：这篇文档报告了一项原创研究。
主要作者和机构及发表信息
该研究由周志远（Zhiyuan Zhou）、程兴凯（Xingkai Cheng）、胡梦丽（Mengli Hu）等人完成，通讯作者为清华大学材料科学与工程系的潘峰（Feng Pan）教授和宋成（Cheng Song）教授。研究发表于《Nature》期刊，出版日期为2025年2月20日。
学术背景
这项研究属于凝聚态物理和自旋电子学领域，聚焦于一种新型磁性材料——交替磁体（altermagnetism）。交替磁体是一种结合了铁磁性和反铁磁性优点的材料，具有无杂散场、超快奈尔矢量动力学以及非相对论性自旋分裂等特性。这些特性使其在基础科学研究和技术应用中都具有巨大潜力，特别是在存储器和纳米振荡器技术中。然而，此前的研究主要集中于通过调节奈尔矢量方向来操控交替磁序，而对晶体对称性的操控却鲜有突破。本研究旨在通过操控晶体对称性实现对交替磁序的调控，并探索其在电控存储器和太赫兹纳米振荡器中的应用。
详细研究流程
1. 样品制备与表征
研究对象为铬锑化物（CrSb）薄膜，这是一种具有高晶体对称性但易受扰动的交替磁体。样品通过磁控溅射法制备，具体包括三种不同配置（configuration i、ii 和 iii），每种配置通过不同的基底应变和生长条件实现晶体对称性的重构。例如，在configuration i中，使用Al₂O₃(1120)基底和钨缓冲层；而在configuration ii中，则直接在LaAlO₃(110)基底上生长CrSb薄膜。随后，通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和磁滞回线测量对样品的晶体结构和磁性进行表征。
实验设计与测试
数据分析方法
数据分析包括晶体结构参数的精确测量、异常霍尔效应曲线的拟合以及交换耦合能量变化的理论推导。特别是，δE_DM ∝ −N · (P × D) 的公式被用来解释电流诱导的DM能量重构如何影响奈尔矢量的切换模式。
主要结果
1. 晶体对称性重构的成功实现
在三种配置中，研究人员成功实现了晶体对称性的重构。例如，在configuration i中，d₂ = d₃ ≠ d₁ 和 α ≠ 120° 的晶体畸变打破了倾斜镜面对称性，但保留了平行于薄膜表面的磁镜面和垂直于表面的滑移镜面对称性。这种对称性重构导致了奈尔矢量的倾斜，从而生成了可观测的异常霍尔效应。
异常霍尔效应的观察
在configuration ii和iii中，研究观察到了室温下的自发异常霍尔效应，分别具有7 kOe和2.8 kOe的矫顽力。这些结果表明，异常霍尔效应并非源于缺陷铁磁性，而是由于奈尔矢量的180°反转。
电控切换的实现
交换耦合扭矩的作用机制
研究发现，当电流诱导的自旋极化（P）与DM矢量（D）平行时，交换耦合扭矩表现为对称驱动；而当P与D不平行时，DM扭矩会生成不对称驱动力，从而实现无场切换。
结论与意义
本研究通过操控晶体对称性成功重构了交替磁序，并设计了DM矢量在CrSb薄膜中的作用机制。这不仅在室温下生成了自发异常霍尔效应，还实现了交替磁序的电控切换（包括磁场辅助和无场模式）。研究结果为超高密度存储器和太赫兹纳米振荡器的设计提供了新思路。此外，DM扭矩的引入拓宽了交换耦合扭矩的概念，为交替磁体的电控操作带来了丰富的可设计性。
研究亮点
1. 首次实现了无需外加磁场的100%确定性切换，解决了长期以来的技术难题。
2. 提出了通过晶体对称性操控交替磁序的新方法，为相关领域的研究开辟了新方向。
3. DM扭矩的引入不仅揭示了其在交替磁体中的独特作用，还为未来交叉学科研究（如磁子学和拓扑学）提供了新的可能性。
其他有价值内容
研究团队还通过第一性原理计算和原子自旋动力学模拟验证了实验结果的可靠性，并提出了一个通用的理论框架来解释电流诱导的奈尔矢量切换机制。这些工作为后续研究奠定了坚实的理论基础。