科研进展丨SmartMat：碲纳米片双线性磁电阻的实现与调控

手性材料由于同时破缺反演对称性和镜面对称性，近年来在自旋电子学研究中受到关注。其中，碲（Te）是一类典型的手性无机材料，具有螺旋链状晶体结构。其较强的自旋轨道耦合使导带和价带呈现出径向自旋纹理（radial spin texture），因此被认为可能适用于电荷-自旋转换及相关自旋电子器件研究。双线性磁电阻（BMR）则常被用于研究非中心对称体系中的自旋纹理与电流诱导自旋极化行为。

此前理论工作通常认为，手性碲中的电流诱导自旋极化主要沿电流方向分布。然而，在部分碲纳米片实验中，研究人员观察到了明显的面外BMR信号，而面内响应相对较弱。这一现象与简单理论预期之间存在差异，其具体来源仍有待进一步研究。

针对这一问题，松山湖材料实验室/中国科学院东莞材料所林生晃研究员团队联合北京大学廖志敏教授团队，在单晶手性碲纳米片圆盘器件中开展了系统的二阶非线性输运研究。研究结果表明，器件中观测到的显著面外BMR响应与焦耳热诱导的能斯特效应有关，为理解手性碲中的非线性输运行为提供了一种可能机制。

研究团队采用氢气辅助还原化学气相沉积（CVD）方法生长了高质量手性碲纳米片，并开展了非互易输运测量。结果显示，无论驱动电流沿碲原子链方向（c轴）还是垂直于原子链方向（a轴），二次谐波纵向电阻均在面外磁场条件下表现出较强响应。然而，对称性分析表明，仅依赖手性碲空间群所允许的磁手性各向异性（eMChA）难以解释该面外BMR信号。

为进一步分析其来源，研究团队同时测量了电流路径两侧的输运响应，发现两侧信号幅值接近但符号相反。研究认为，这一特征更符合能斯特效应的行为：电流路径中的焦耳热在器件内形成横向温度梯度∇T，在面外磁场作用下，热扩散电子受到洛伦兹力偏转，从而在器件两侧产生方向相反的热电电压信号。

图1. 通过CVD方法生长的Te纳米片的表征。(A) Te的晶体结构示意图。(B) 导带和价带中的径向自旋结构，载流子自旋沿动量方向排列。箭头表示自旋矢量的方向。(C) 用532 nm激发波长测量的Te拉曼光谱。(D) Te 纳米片的ACTEM图像。插图显示了相应的SAED。(E) 本工作中研究的Te纳米片器件的光学图像。圆形排列的Ti/Au电极在纳米片上，用于角度分辨测量，并以所示的角度施加电流。

通过能斯特效应调制二次谐波电响应。(A, B) 分别沿(A) z轴和(B) x轴施加交流电I^ω，外部磁场在yz平面内以相对于y轴的θ角度旋转。记录来自电流路径的左(V^2ω_left)和右(V^2ω_right)电极的二次谐波纵向电压。 (C, D)R_||^2ω与电流沿 (C) z轴和 (D) x轴在B=2T下的角度依赖性。 (E, F) 纳米片中电流分别沿 (E) z轴和 (F) x轴的温度分布和能斯特效应示意图。红色双箭头表示从电流路径向两侧的温度梯度，而灰色箭头表示热电子在洛伦兹力下的偏转，在两侧产生相反的纵向电压。

相关研究成果以“Nernst-Effect-Modulated Bilinear Magnetoelectric Resistance in Chiral Tellurium Nanosheets”为题发表在天津大学与 Wiley 联合出版的旗舰期刊 SmartMat 上（SmartMat, 2026, 7: e70089）。北京大学博士研究生蓝莹莹、尹擎以及河南省科学院王璞助理研究员为论文共同第一作者。河南省科学院王璞助理研究员、北京大学王安琪特聘副研究员、廖志敏教授以及松山湖材料实验室/中国科学院东莞材料所林生晃研究员为论文共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目经费的资助支持。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smm2.70089