自旋电子学通过利用电子的磁性量子态传递信息，被视为推动低功耗数据处理与存储技术的重要方向。但在实际应用中，如何以足够精度操控电子自旋这一脆弱量子特性，长期以来仍是关键难题。

瑞典查尔姆斯理工大学研究团队近日报告称，他们通过将两种不同的量子材料进行原子级精确堆叠，实现了对自旋现象“前所未有”的控制，并且不需要外部磁场或强电流。相关成果发表于《自然通讯》。

研究人员指出，随着数据中心、云服务、人工智能及互联系统带来的能源消耗占比持续上升，业界对更节能的信息处理方案需求增加。自旋电子学的思路在于不仅依赖电荷运动，还利用电子自旋这一量子特性，使电子表现为微小“磁铁”，其方向可用于表示数字信息。查尔姆斯理工大学量子器件物理学教授Saroj Dash表示，电子自旋可指向“向上”或“向下”两个方向，类似传统电子系统中的0与1。

不过，现有自旋操控方式往往依赖强电流或外部磁场，这会削弱节能优势。研究团队称，此次进展的核心在于构建一种范德华异质结构：通过精确堆叠原子级薄层材料，将一种磁性垂直于表面的材料与另一种具有特殊电子性质的材料结合，从而产生新的磁动力学行为。研究显示，借助微弱电流即可引导磁性方向变化，使电子自旋按预期实现切换，并可在室温下工作。

研究人员将效应的一部分归因于材料结构中的不对称性。查尔姆斯理工大学量子器件物理学研究员、论文第一作者Lalit Pandey表示，有意破坏对称性能够解锁在完美对称系统中难以出现的新自旋效应，从而提升对电子方向的控制能力。

团队同时强调，两种材料之间的界面质量是实现强耦合与高可控性的关键因素之一。研究称，该界面极其平整、缺陷少，使自旋信息能够在材料之间保持完整传递。Dash将其比喻为两种材料之间“一座完全干净的桥梁”，Pandey则表示这种耦合“既强又可控”。

研究团队认为，这一结果为构建节能、可调、且无需外部磁场的自旋电子学平台提供了新的路径。Dash表示，这项工作提出了一种新的设计原则，即通过材料组合与对称性破缺来构建新特性，而不仅是寻找单一新材料。