近日，兰州大学磁学与磁功能材料教育部重点实验室席力、崔宝山课题组在外延IrMn/FeNi异质结构中，首次在实验上观测到由面内非常规自旋极化诱导的非常规单向自旋霍尔磁电阻（USMR）效应，并利用该效应在两端式器件中成功实现了对纵向磁矩状态的电学读取。相关成果以“Unconventional Unidirectional Spin Hall Magnetoresistance in Epitaxial IrMn/FeNi Bilayer”为题，于2026年7月28日在线发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

单向自旋霍尔磁电阻效应源于非平衡自旋积累与磁矩的相互作用，为重金属/铁磁异质结构中磁矩状态的电学检测提供了一种简单的两端式读取方案。然而，传统USMR中自旋极化方向垂直于电荷电流方向，仅能响应面内磁矩的横向分量，纵向磁矩状态的电学读取一直未能实现。

研究团队在(001)取向的外延IrMn/FeNi双层膜中，通过沿不同晶体方向施加电流，成功产生了x极化的非常规自旋流。该x极化自旋流呈现出四重对称性，与(001)取向IrMn的晶体对称性完全一致。在此基础上，团队首次实现了x型USMR——当磁矩沿±x方向饱和时，二次谐波纵向电阻表现出显著差异。这一发现填补了USMR物理图像的最后一块拼图，与先前报道的y型和z型USMR共同构成了完整的USMR体系，使得在简单的两端几何结构中，横向、纵向和垂直三种磁矩取向均可实现电学读取。

图1. (a) 单晶体系中x型USMR的示意图；(b) IrMn(001)/FeNi中x极化自旋流与纵向磁阻作用产生的二次谐波纵向电阻差；(c) x极化自旋流产生的单位电流密度下的类阻尼SOT效率，展现出面内四重对称性；(d) 不同体系中室温下USMR效应的比较。

研究团队进一步建立了由晶体对称性控制的非常规x极化自旋输运机制。该非常规自旋流产生了巨大的自旋轨道力矩效率，单位电流密度下的类阻尼SOT效率最大值达到约0.28，较反铁磁Mn₃Pt和MnPd₃体系中报道的值提高了一个数量级。研究显示，x极化自旋流的产生取决于晶体镜面对称性M_xoz和M_yoz的同时破缺——只有当电流方向处于高对称轴之间时，x极化自旋流才会出现；而当电流沿[100]或[110]等高对称方向时，该信号则完全消失。通过插入Cu间隔层以及制备多晶IrMn/FeNi对照样品，研究团队进一步证实该非常规自旋流来源于IrMn层的单晶结构，而非界面耦合效应。

该工作不仅揭示了晶体对称性在调控自旋极化中的关键作用，更将USMR的应用范围拓展至两端磁存储和自旋逻辑器件中纵向磁矩的电学检测，为高密度、低功耗自旋电子器件的发展提供了新的物理基础。

兰州大学磁学与磁功能材料教育部重点实验室席力教授、崔宝山青年研究员、杨德政教授以及新加坡国立大学材料科学与工程学院陈景升教授为论文共同通讯作者，2023级博士生徐海茗为论文第一作者。论文合作者包括兰州大学磁学与磁功能材料教育部重点实验室薛德胜教授、刘小晰教授、贾成龙教授、左亚路教授、曹洋青年研究员以及中国科学院东莞材料科学技术研究所、中国散裂中子源、兰州大学电镜中心、中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室、中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室和新加坡国立大学等多家国内外科研机构的学者。该研究得到了国家自然科学基金（No. 12574120、No. 12404135、No. 52271239）、“111”计划（No. B20063）、甘肃省重点人才发展计划（No. 2025RCXM071、No. 2025RCXM085）、自旋电子学器件与技术全国重点实验室开放基金（No. SPL-2411）等项目的资助。

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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/wm6r-kdnk