为了突破铁磁体受杂散场限制、无法提升存储密度的难题，清华材料学院/先进材料教育部重点实验室的宋成、潘峰团队，通过对易面与自旋极化几何构型的巧妙整合，成功解决了长久以来手性反铁磁材料在零磁场下的高效操控难题。他们利用非常规自旋流诱发的非常规磁动力学机制，实现了对这种兼具太赫兹磁动力学和零杂散场特性的材料的全电学完全翻转。从磁八极子的角度切入后，研究揭示了一种新的机制：自旋极化与倾斜易面的共同作用，不仅能同时获得超高效率和极低的能垒，还突破了此前“驱动力优势与能垒优势无法共存”的固有矛盾。为了验证这种机制，研究团队特意制备了Mn₃Sn同质结结构（图1a），并通过面内大磁场对Mn₃Sn（0001）层进行预磁化，进而利用磁自旋霍尔效应实现了可控的零场翻转开关和极性反转。实验结果显示，这种方案相较于铁磁体翻转具有更强的抗干扰能力（图1c）。相比传统的构型，新构型在临界电流密度Jc、功耗Pc等三项关键指标上均得到了大幅优化。特别是反常霍尔矫顽力与临界电流密度的比值μ0Hc/Jc提升了两个数量级。这项研究不仅为开发兼具超高密度、超快读写和低功耗的新一代磁存储奠定了基础，还为基于手性自旋振荡的太赫兹纳米振荡器与整流器研发提供了科学支撑。清华大学2020级博士生周致远作为论文第一作者，宋成担任通讯作者，相关成果于2月25日以“手性反铁磁序的零场完全翻转”为题在《自然》杂志在线发表。研究得到了国家重点研发计划、国家自然基金委专项项目、北京市自然科学基金等项目的支持。潘峰老师领导的团队通过对不同生长条件的严格控制，利用分子束外延技术构筑了单晶和多晶Mn₃Sn所需的同质结结构。通过这种方法产生的面外自旋极化σz，成功翻转了多晶层的手性反铁磁序。他们从磁八极子视角出发系统分析了驱动力与能垒之间的关系，指出正是倾斜的几何构型（图2a）让驱动力与能垒优势得以同时共存。在这项工作中，通过对亚晶格自旋与磁八极子两个视角的对比研究，彻底解开了手性反铁磁电学翻转的“效率密码”。最终结果表明，通过这种设计能实现100%的零场完全翻转。