新闻网讯（通讯员物轩）近日，武汉大学物理科学与技术学院教授何军团队在二维多铁异质结磁电调控领域取得重要进展，在Nature Communications连续发表两项研究成果，论文题目分别为“Non-volatile electric-field control of room-temperature ferromagnetism in Fe₃GaTe₂ heterostructures”“Ferroelectricity-driven strain-mediated magnetoelectric coupling in two-dimensional multiferroic heterostructure”。武汉大学物理科学与技术学院为第一署名单位，武汉大学博士生蔡传洋与特聘副研究员文耀为两篇论文共同第一作者，何军与文耀为共同通讯作者。
后摩尔时代，传统硅基CMOS技术面临“功耗墙”与“存储墙”的瓶颈，发展低功耗、支持存内计算的新架构成为突破集成电路关键技术的重要途径。多铁器件因其优异的低功耗存内计算性能，被视为应对该挑战的候选方案之一。但其应用仍受限于材料体系少、净磁矩小、居里温度低于室温、铁电与铁磁耦合弱等问题。
研究团队通过构建二维铁磁材料与铁电高分子的高质量范德华异质结，实现了室温下鲁棒性磁电耦合，铁磁居里温度可在247 K至366 K范围内调控。值得注意的是，该调控效应表现出显著的层数依赖性：在层数小于等于三层的二维Fe₃GaTe₂中，正电压极化使居里温度升高，而在厚层样品中则呈现相反趋势。这一反常行为源于电场诱导的层内与层间磁交换耦合之间的竞争机制，并通过密度泛函理论计算得以验证。基于该多铁异质结，研究团队成功实现了多态磁化非易失性存储与模拟开关功能。器件可在零磁场条件下通过施加不同极化电压实现多达16种可分辨的电阻状态，且具备优异的抗疲劳性能。
进一步地，团队提出一种基于应变调控的新型磁电耦合策略，实现了室温下磁性各向异性的非易失性电控重构，并成功演示了可重构逻辑门与半加法器电路，展现出0.5 aJ的超低操作能耗、5 ns的纳秒级写入速度以及良好的稳定性。电场调控的单比特翻转能耗较传统自旋转移矩器件降低5-6个数量级。通过集成双栅极器件结构，实现了包括AND、NAND、NOT和XOR在内的可重构逻辑门阵列及半加法器功能。该器件支持面内与面外两种磁化取向，具备动态可编程特性，突破了传统单栅器件功能固定的技术局限，为发展自适应与可重构计算架构提供了坚实的硬件基础。
上述两项研究成果不仅为二维多铁异质结构中的磁电耦合调控提供了新的理论框架与技术路径，也为未来高性能、低功耗信息器件的发展奠定了重要基础，有望推动自旋电子学与神经形态计算等领域迈向新的发展阶段。
多铁异质结中电压调控的存内逻辑运算
该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65688-x
https://doi.org/10.1038/s41467-025-62159-1
（编辑：赵冀帆）
