近日，自旋电子学研究所青年教师蔡立与颜世申教授在转角范德瓦耳斯铁磁体Fe₃GeTe₂（FGT）中发现了稳定存在于高温区的莫尔磁性，并通过纯电输运手段实现了对莫尔磁态的直接探测。相关研究以 “High-temperature moiré magnetism in twisted itinerant ferromagnets” 为题发表于国际知名期刊《ACS Nano》（IF = 17.3；DOI: 10.1021/acsnano.6c02260）上。济南大学为第一完成单位和通讯作者单位。

近年来，随着“转角材料（Twistronics）”研究的快速发展，由微小扭转角形成的莫尔超晶格为调控电子关联态提供了全新平台。从魔角石墨烯中的非常规超导到转角过渡金属硫族化物中的关联绝缘态，莫尔工程已经成为凝聚态物理的重要研究方向。然而，相比于电子结构调控，莫尔超晶格对磁性的影响仍处于探索阶段。目前已报道的莫尔磁性大多局限于低温绝缘磁体体系，其稳定温度通常低于几十开尔文，且主要依赖磁光手段探测，在电学读出和器件集成方面存在明显限制。

针对莫尔磁性通常仅存在于低温绝缘体系且难以实现电学读出的挑战，研究团队选择金属性二维范德瓦耳斯铁磁体Fe₃GeTe₂（FGT）作为研究平台，采用“撕裂–堆叠”技术制备了约0.5°转角的FGT同质双层器件。由于转角引入周期约80 nm的莫尔超晶格，体系形成空间调制的层间磁交换作用。通过反常霍尔效应（AHE）、磁电阻（MR）和磁光克尔效应（MOKE）测量发现，0.5°转角样品在20–160 K宽温区内均表现出稳定的多级磁化翻转行为，而无转角样品仅呈现单一铁磁翻转，表明莫尔超晶格诱导了新的磁有序态。结合MuMax3微磁模拟，研究团队揭示了其微观机制：AA、AC堆叠区域倾向于形成铁磁耦合，而AB区域倾向于形成反铁磁耦合，从而构成周期性的“磁莫尔势”，驱动体系形成反铁磁核心与铁磁外围共存的周期性磁畴结构。模拟结果成功再现了实验观测到的多级磁化翻转现象，并表明随着温度降低，增强的垂直磁各向异性会压缩反铁磁区域。进一步比较不同转角样品发现，随着莫尔周期减小，反铁磁区域稳定性明显下降，多级翻转特征逐渐消失。该工作实现了金属范德瓦耳斯铁磁体中高温莫尔磁性的电学探测，为发展可编程磁态和新型低功耗自旋电子学器件提供了新的研究方向。

本研究得到国家自然科学基金重点与青年项目、山东省自然科学基金青年项目的资助。2023级硕士研究生谭城为论文第一作者，青年教师蔡立与颜世申教授为该论文共同通讯作者，其他合作者包括硕士生孙昊铭，博士生伊龙文、刘森淼，青年教师黄启坤、韩翔，曹强教授、王艳教授（材料学院）、吕伟明教授、张树峰副教授（物理学院）。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.6c02260