1. 二维自旋电子材料与器件

       随着摩尔定律逼近物理极限，传统三维磁性薄膜在纳米尺度下面临严重的表面散射和界面缺陷等问题。二维范德华（vdW）磁性材料具有天然的原子级平整度、无悬挂键的表面以及高度可调的磁电性能，为突破尺寸极限提供了全新的材料解度。课题组聚焦高质量二维自旋功能材料的制备与精准调控。通过精密的界面构筑技术，开发原子级平整的二维vdW磁性半导体/重金属等多功能范德华异质结。重点研究二维极限尺度下的层间磁耦合相互作用、界面自旋极化输运机制以及电场/应力对磁性的多场调控效应。

2. 反铁磁自旋电子学与新型轨道器件

       相较于传统铁磁体，反铁磁材料具有无宏观杂散磁场、抗外部磁场干扰以及超快（太赫兹量级）自旋动力学特性，是下一代高密度、超高速自旋电子器件的理想载体。然而，其宏观磁矩为零的特性也导致了其内部自旋态难以操控，且电学读出信号极其微弱，成为限制其应用的业界难题。课题组致力于攻克反铁磁态电学探测的技术瓶颈。通过深入探究反铁磁薄膜及其异质结界面的物理机制，利用强自旋轨道耦合效应（Spin-Orbit Coupling）探索高效的自旋流产生与反铁磁翻转机制，开发高信噪比的电学读出新方案。

3. 多铁与氧化物功能复合薄膜及器件

       多铁材料因同时具备铁电性与磁性，能够通过磁电耦合效应实现“电场控磁”或“磁场控电”，被认为是构筑超低功耗非易失性存储技术的理想候选者。然而，传统的单相多铁材料普遍面临室温下磁电耦合效应微弱、薄膜漏电流偏大等严峻挑战，这些固有的物理极限严重制约了其向实际器件化演进的步伐。课题组致力于通过材料架构创新打破传统性能瓶颈。创新多铁复合材料的界面协同设计，利用先进制备技术构筑由铁电相、反铁磁相、铁磁相等共同组成的垂直取向多相纳米复合薄膜体系。重点探究多相界面间的应力传递、电荷转移规律及复杂的相间耦合物理机制，从而彻底突破传统单相材料的物理极限。