随着微电子与信息技术向大容量、低功耗、集成化、智能化方向发展，多材料混合集成和多参量功能调控已成为自旋电子领域的主流方向。铁磁材料作为新型多功能材料，可实现多物理场协同调控磁性，以解决自旋电子器件中的高功耗、体积大和响应慢的问题，成为当前研究热点。西安交通大学电子科学与工程学院刘明教授团队针对自旋电子器件中多材料混合集成及功能互调这一关键科学问题，创新性地构建了一种全新的光伏/铁磁异质结构(Advanced Science, 6(24), 1901994 (2019))。该结构通过可见光诱导面电荷积聚来调控界面磁性，实现了光-电-磁耦合调控。可见光对磁性的调控能力依赖于界面电子密度，而界面电子密度又与光伏层的光电转换效率(PCE)密切相关。因此，构建具有更高PCE的光伏层成为关键。

针对这一问题，刘明教授团队进一步开发了基于钙钛矿量子点混合界面结构(PQDs-HIA)的光伏/铁磁异质结：Si/SiO₂/Ta/FeGaB/PC₇₁BM/ PC₇₁BM@ CsPbI₃ QDs/ CsPbI₃ QDs/ PTB7-Th)/Pt。非晶FeGaB薄膜具有低矫顽力场、窄铁磁共振线宽和高饱和磁致伸缩系数等优点，可广泛应用于磁电传感和射频/微波可调谐器件领域。通过振动样品磁强计表征了可见光对饱和磁化强度(Ms)的调控，FeGaB的Ms降低了27%，而对照组器件(Si/SiO₂/Ta/FeGaB/ PTB7-Th: PC₇₁BM /Pt)仅降低了9%。依据第一性原理计算及X射线磁圆二色谱测试结果可知，饱和磁化强度的降低主要归因于光生电子占据了磁性材料的未占据轨道(Advanced Science, 6(24), 1901994 (2019)；Small, 19(28), 2301955 (2023))。界面电荷密度的提升源于CsPbI₃量子点在可见光下受激发形成激子，将PC₇₁BM混合进CsPbI₃ QDs层中以实现激子级联，既促进了有效的电荷转移和激子解离。此外，杂化膜中的缺陷密度降低，减少了载流子的复合。因此，与PTB7-Th: PC₇₁BM系统相比，PQDs-HIA系统可以向磁性层提供更多的光生电子来改变磁性。

图1 器件结构示意图与磁滞回线原位测试图

进一步，通过原位电子自旋共振定量表征了可见光调控磁各向异性变化，与对照组器件相比，可见光调控铁磁共振场有了数量级的提高。并且PQDs-HIA /FeGaB薄膜在光照下面内铁磁共振场增大，面外铁磁共振场减小，表明其各向异性减弱。另外，在光开关切换过程中，铁磁共振场会随光强变化呈现规律性数值变化，展示出磁性的光伏控制具有良好的回复性。PQDs-HIA策略为实现低能耗、先进性能的光伏自旋电子学奠定了基础。

图2 可见光调控磁性膜铁磁共振场的角度依赖性

成果以“Efficient Magnetism Controlled by Visible Light Using Perovskite Quantum Dots with Hybrid Interface Architecture”为题，近日在国际著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)（IF=19.6）上在线发表。西安交通大学电子科学与工程学院博士生赵梦为第一作者，西安交通大学电子科学与工程学院刘明教授、仪器科学与技术学院赵一凡副教授为共同通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金重点项目、陕西省高校联合重点研发项目和中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202425518

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