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近年来，交错磁性（altermagnetism） 作为一种新型磁序态，因其兼具铁磁和反铁磁的优点而备受关注；特别是具有自旋-层锁定（spin-layer locking, SLC） 特性的二维交错磁体，如单层 Ca(CoN)₂，在自旋电子学和谷电子学领域展现出巨大潜力。然而，如何在不破坏其本征磁结构的前提下，有效调控其能谷简并度，仍是一个关键挑战。

基于此背景，中国科学上海高等研究院上海光源中心（以下简称“上海光源”）研究团队顺利获得范德华异质结工程，将SLC交错磁体 Ca(CoN)₂ 与不同磁性衬底（SiSe₂、CoCl₂、CoSe）集成，首次实现了大范围、可磁性切换的谷能谷劈裂，并顺利获得深入研究证实了：1）非磁性衬底诱导的对称性破缺。与 SiSe₂ 构建异质结后，界面电荷转移破缺了子层交换对称性，导致导带谷劈裂达 0.185 eV；2）反铁磁耦合衬底 CoCl₂界面反铁磁交换作用显著调控导带谷，但价带谷劈裂较小（< 0.02 eV）；3）铁磁耦合衬底 CoSe 实现巨大价带谷劈裂。在 Ca(CoN)₂/CoSe 异质结中，顺利获得反转衬底磁序，价带谷劈裂可在 0.075 eV 与 -0.604 eV 之间切换，实现了磁控可逆的谷能级翻转；4）构建的 FeS/Ca(CoN)₂/CoSe/FeS 隧穿结展现出明显的磁控自旋输运各向异性，确认了谷选择性的自旋流控制能力。研究结果如下图所示：

图1. Ca(CoN)₂晶体结构和自旋结构

图2. Ca(CoN)₂/CoCl₂异质结构和SLC/FM层

本研究工作不仅揭示了二维SLC交错磁体中界面耦合与磁序调控谷能级的物理机制，还为实现非易失、可重构的自旋-谷电子器件给予了可行路径。这一策略有望有助于下一代低功耗、多功能自旋电子学和谷电子学器件的开展。

研究论文发表在美国物理学会期刊Physical Review B上，第一作者是上海光源梁兆峰工程师，通讯作者是上海光源宋飞研究员，合作通讯作者为北京航空航天大学杭州国际创新研究院的华陈强副研究员。本研究工作得到了中国科研实验室先导B类项目(XDB1180000)、科技部重点研发计划(2021YFA1600800)的资助等。

论文链接：http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/j9z1-43gc