曼彻斯特大学研究人员发现，将磁性薄膜置于原子级薄的二硫化钼（MoS₂）上，可从根本上改变薄膜在磁性自旋运动过程中的能量损失方式。团队称，在超薄MoS₂上生长常用磁性合金Permalloy，会引发薄膜内部晶体结构变化，从而改变能量损失发生的机制与位置，为更高效利用二维材料调控磁性提供了新的器件设计思路。

研究的一个重点在于所用MoS₂为“大面积、制造兼容”材料。研究人员表示，这意味着相关效应并非仅存在于实验室尺度样品，而对可扩展的自旋电子技术具有现实意义。相关成果发表在《Physical Review Applied》，并展示了过渡金属二硫族化合物（TMDs）能够改变磁性薄膜的基本性质。研究同时强调，在评估二维层对磁性行为的影响时，需要与对照材料进行细致比较。

自旋电子学旨在同时利用电子电荷与自旋来存储和处理信息，是新兴磁性存储技术的基础，并被认为在节能高速计算中具有潜在应用。研究人员指出，该领域面临的关键挑战之一是能量损失：磁性自旋运动时，部分能量不可避免以热的形式散失，从而限制器件速度与效率。

在本研究中，团队考察了在大面积MoS₂上生长的Permalloy薄膜，其中MoS₂通过工业兼容的化学气相沉积法制备。结果显示，Permalloy与MoS₂之间的超洁净界面可降低磁性薄膜表面的能量损失；与此同时，薄膜内部晶体结构的细微变化则会使体内能量损失略有增加。

研究人员通过区分表面与薄膜体内部的两类能量损失效应，解释了此前二维材料与磁性相关研究中有时出现相互矛盾结论的原因。

为获得上述结论，团队采用铁磁共振技术：通过高频磁场驱动材料内部自旋产生摆动，并通过测量摆动衰减速度来确定能量散失的方式与位置。研究人员还通过改变磁性层厚度，将发生在表面与薄膜体内的能量损失加以区分。

研究团队表示，这些结果为设计更低功耗、更快速的自旋电子存储器提供了路径，即通过精心设计材料界面来尽量减少不必要的能量损失，同时不牺牲性能。

论文第一作者、曼彻斯特大学太赫兹自旋电子学研究员Henry De Libero博士表示，二维材料对磁性薄膜的基本影响仍有大量内容尚待探索；该研究展示了这些变化如何影响能量损失这一下一代存储技术的关键属性。研究还指出，二维材料并不总会增加能量损失，在合适的界面条件下甚至可能降低能量损失。