（1）弱磁传感器技术

利用磁控溅射技术，通过优化超坡莫合金多层膜结构和YIG单晶薄膜的微量自掺杂，获得软磁性能优异的、微米级厚度的高温合金薄膜和绝缘体单晶薄膜；设计、迭代改进了薄膜磁芯磁通门探头的结构，基于通用电子仪表的组合检测系统，在谐波激励和锁相检测模式下测得传感器探头室温下的噪声水平达到10 pT/ÖHz@1Hz。另一方面，以软磁非晶丝为磁芯，通过磁芯动态磁性匹配，激励线圈和探测线圈优化，以及控制电路优化，研制出非晶丝磁通门传感器整机，闭环工作量程65mT，噪声水平优于4.6 pT/ÖHz@1Hz。

未来两、三年，进一步优化薄膜生长条件和薄膜磁芯几何尺寸以及探头结构，研发对应专用电路，发展适用于高稳定性、高低温环境等不同应用场景需求的薄膜磁芯磁通门传感器技术；突破常温固态小型弱磁传感器的极限弱磁探测能力。

（左上）溅射生长1.2微米厚超坡莫合金薄膜的磁滞回线；（左下）溅射沉积1.2微米厚YIG薄膜的磁滞回线；（右）以1.6微米厚超坡莫合金薄膜为磁芯的微磁通探头的噪声谱密度。

（2）磁性微波器件技术

设计仿真了4-8 GHz和4-12 GHz两种不同带宽的低温小型化环行器，并成功制备了4-8 GHz器件，尺寸仅为现役器件的1/3；在50K低温下，其典型插损≤0.25 dB，隔离度≥18 dB，相关性能仍有进一步优化的空间。

（3）赝自旋阀结构电流诱导轨道力矩驱动磁化翻转

设计制备了面内磁化“CoFeB/Cu/CoFeB”赝自旋阀结构，证明Cu作为轨道流源，在无外磁场下通过电流产生的轨道力矩驱动上、下CoFeB层依次发生相反方向的磁化翻转；同时还发现，Cu/CoFeB结构的轨道力矩有效场可与重金属Pt, Ta/CoFeB结构的自旋-轨道力矩有效场相比拟。相关研究结果发表于Applied Physics Letters 126, 212404 (2025); DOI: https://doi.org/10.1063/5.0251666.

（4）外延绝缘体薄膜磁性调控

在溅射沉积的高质量外延(111)取向Tm₃Fe₅O₁₂ (TmIG) 垂直磁性薄膜与重金属Pt多晶薄膜组成的异质结构中，发现自旋-轨道力矩（SOT）导致与磁性绝缘体单晶体对称性相关的无外场磁化翻转，翻转极性与电流相对磁性层面内晶轴方向的方位角呈现3m的对称性，并且发现电流产生的有效垂直场也与方位角成3m对称性；通过宏观磁性理论、宏自旋模型和微磁学计算，阐明了磁性层内禀磁晶各向异性是(111)取向TmIG/Pt发生3m对称性无磁场SOT磁化翻转的内在机制。研究结果开拓了无磁场SOT磁化翻转的新物理途径，为以往单晶磁性薄膜SOT磁矩翻转现象的理解提供了正确的物理理解，并将推动以单晶磁性薄膜为信息载体的高效自旋电子器件的发展。相关研究结果发表于Physical Review Letters 133, 186703 (2024); DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.186703.

(Left) Landscape of cubic magnetocrystalline energy with (111) orientation, and (Right) its impact on the  magnetization trajectories under current pulse during spin-orbit torque-induced perpendicular magnetization switching.

在斜切的YSGG(7 7 10)衬底上通过溅射沉积获得原子级平整的完全外延TmIG薄膜，发现其磁化易轴位于[443]方向，偏离薄膜法线17°。这一倾斜的磁各向异性导致面内磁化对称性破缺，使TmIG/Pt异质结构在电流的SOT作用下实现无磁场的确定性磁化翻转；同时，发现倾斜磁各向异性使面内磁场下异质结构的反常霍尔电阻与自旋霍尔磁电阻相纠缠，进而使得电流诱导磁化翻转所对应的霍尔电阻大小甚至极化方向受到面内磁场的强烈影响，所有实验发现通过宏观磁性理论和宏自旋模型予以了严格论证。研究结果发表于Physical Review B 110, 134415 (2024); DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.134415，被杂志编辑推荐为Editors’ Suggestions。

(Top left) The magnetization trajectory driven by field sweeping along the x-axis for the film with a tilted easy axis; (Top right) The switching trajectory driven by SOT with applying a current pulse; (Bottom) The Hall resistance after applying the switching currents with different in-plane fields.

Gd₃Fe₅O₁₂ (GdIG)是少数的磁矩补偿温度(T_M)接近室温(~286 K)的重要候选材料，但已报道的垂直磁化GdIG薄膜，其T_M都远低于室温。利用磁控溅射技术在(111)取向Gd₃Sc₂Ga₃O₁₂(GSGG)基片上外延生长了垂直各向异性GdIG纳米单晶薄膜，在薄膜高温固相外延后的降温过程中通过控制其快速降温的温度点，实现了15nm GdIG薄膜T_M从268 K到303.7 K的自由调控，调整薄膜厚度，T_M的调控区间扩展至246-380 K；在T_M略高于室温的GdIG/Pt中实现了小辅助磁场下高效的自旋-轨道力矩驱动磁化翻转。研究结果发表于Applied Physics Letters 124, 172405 (2024); DOI: https://doi.org/10.1063/5.0198728，被杂志编辑推荐为Editor’s Picks。

Room temperature anomalous Hall resistance curves for 15-nm-thick GdIG/Pt films with different rapid cooling temperature (T_R) after annealing at 800°C.