利用电子自旋自由度的逻辑器件已成为开发非易失存储器的广阔平台。其中纳米级自旋纹理的架构（如手性畴壁 (DW)），因其易于级联成大规模逻辑电路和与高密度赛道存储器无缝集成等优势而备受关注。然而大多数畴壁逻辑的实现依赖于铁磁体，其受到固有自旋动力学的限制，工作频率仅为几GHz，并且在单个逻辑器件中可执行的逻辑功能较为单一，这限制了目前畴壁逻辑器件在逻辑运算方面的应用。

在这项工作中，研究团队外延生长了具有垂直磁各向异性的高质量稀土铽铁石榴石（TbIG）薄膜，并构建了重金属铂/铁磁金属钴/TbIG异质结构（图1）。利用铁磁金属与亚铁磁绝缘体的磁耦合作用，畴壁运动速度最快可以达到3.7 km/s。此外，利用钴层的自旋过滤效应，研究团队在畴壁速度对于磁场的响应中引入非单调性。根据与磁场和电流有关的独特速度相图，研究团队提出了一种设计可执行多种布尔逻辑运算的畴壁逻辑器件的原理。通过调整电流和初始磁化状态，在单个畴壁逻辑器件中演示了所有（16种）双输入布尔逻辑运算。研究结果凸显了自旋电子系统中多功能逻辑门的可行性，并显示了其在高密度内存计算架构中的潜力。

图1 亚铁磁绝缘体TbIG/铁磁金属Co异质结中完备磁畴逻辑器件的设计与实现

2022级博士生王乐然为第一作者。罗昭初助理教授和大都会理工大学Alejandro O. Leon副教授为该论文共同通讯作者。论文主要合作者还包括bevictor伟德官网杨金波教授、杨文云工程师和松山湖材料实验室吴昊研究员。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京市科委人工智能专项等支持。

此外，罗昭初、杨金波团队与合作者在近日另一工作中进一步实现了在拓扑自旋结构（磁斯格明子）中的快速逻辑运算（图2）。该工作利用界面DM相互作用来控制磁耦合，从而在稀土亚铁磁合金CoGd中实现了超快的全电磁畴壁和斯格明子逻辑运算。实验证实了斯格明子逻辑运算受到拓扑保护，可以提高逻辑运算可靠性。相关研究成果以“手性耦合亚铁磁体中超快可靠的畴壁和斯格明子逻辑”（ Ultrafast and reliable domain-wall and skyrmion logic in a chirally coupled ferrimagnet）为题，于2025年8月20日在线发表于Cell旗下物理旗舰期刊《牛顿》（Newton）上。南开大学博士生马翼飞和华中科技大学博士生吴帝桦为共同第一作者，bevictor伟德官网罗昭初助理教授、杨金波教授，南开大学宁帅副教授、罗锋教授，华中科技大学蔡凯明教授为该论文共同通讯作者。

图2 亚铁磁体中超快可靠的畴壁和斯格明子逻辑器件的设计与实现

论文原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202507489

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2950636025002002