Spintronics Laboratory · Academia Sinica

操控自旋,探索材料中的新物理

我們研究拓樸材料、自旋動力學與微觀磁性結構,連結基礎物理、精密量測與下一代資訊技術。

Research Focus

從量子材料到可操控的自旋

以材料成長、磁性量測與理論模擬理解自旋如何產生、傳遞並與微觀結構交互作用。

01 · Low-Dimensional Magnetism

低維磁性與凡得瓦量子材料

探索原子級薄層材料中的磁序、相變、激子—自旋交互作用與介面鐵電性。

近期研究
NiPS₃ 六態時鐘磁序與 WTe₂ 介面鐵電性
研究方法
低溫量測 · 電性與磁性量測 · 資料分析

02 · Interface Physics

磁性異質結構與介面物理

研究磁性薄膜與拓樸材料異質結構中的磁性鄰近效應、介面磁異向性及電荷—自旋耦合。

近期研究
Cr₂Ge₂Te₆/(Bi,Sb)₂Te₃/Eu₃Fe₅O₁₂ 的介面磁性
研究方法
薄膜製備 · 磁輸運 · 介面磁性分析

03 · Topological Transport

拓樸磁性與磁輸運

探討拓樸材料中的異常霍爾效應、Berry 曲率、能帶填充與熱電傳輸。

近期研究
Co₃Sn₂S₂ 的能帶填充、熱電性質與異常霍爾傳輸
研究方法
低溫磁輸運 · PPMS · 資料分析

04 · Spin Dynamics

自旋輸運與磁化動力學

研究自旋流、自旋幫浦、自旋波傳播,以及自旋波與磁疇壁的交互作用。

延續研究
Bi₂Se₃/YIG 磁化動力學與磁疇壁自旋波濾波
研究方法
鐵磁共振 · 微磁模擬 · 磁化動力學分析
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Experimental Capabilities

從薄膜製備到低溫磁場量測

實驗室結合薄膜製備、結構分析與物理性質量測,研究磁性材料、薄膜異質結構及其電性傳輸行為。

實驗室內的高真空渦輪分子幫浦濺鍍系統

01

高真空濺鍍系統(渦輪分子幫浦)

用途

利用電漿濺鍍製備金屬、合金與氧化物薄膜,支援奈米薄膜及多層結構的樣品製作。

量測原理

電漿中的離子撞擊靶材,使濺出的原子沉積於基板形成薄膜;渦輪分子幫浦則以高速旋轉葉片傳遞氣體分子動量,維持高真空環境。

實驗室內的高真空冷凝幫浦濺鍍系統

02

高真空濺鍍系統(冷凝幫浦)

用途

在高真空環境中進行薄膜沉積,用於製備磁性、超導及相關異質結構,支援材料介面與薄膜物性的研究。

量測原理

電漿中的離子撞擊靶材,使濺出的原子沉積於基板形成薄膜;冷凝幫浦則利用低溫表面捕捉氣體分子,維持高真空環境。

實驗室內的 X 光繞射儀(XRD)

03

X 光繞射儀(XRD)

用途

用於分析材料的晶體結構、相組成與薄膜結晶特性。

量測原理

X 光受晶格週期排列產生布拉格繞射,藉由繞射峰的角度與強度分析晶體結構及相組成。

實驗室內的布里淵光散射系統(BLS)

04

布里淵光散射系統(BLS)

用途

量測材料中的自旋波與磁化動力學特性。

量測原理

雷射光子與材料中的磁振子發生非彈性散射,藉由散射光的頻率位移分析自旋波。

實驗室內的物理性質量測系統(PPMS)

05

物理性質量測系統(PPMS)

用途

提供可控制的溫度與外加磁場環境,可進行電阻隨溫度或磁場變化等電性傳輸量測,用以分析薄膜與量子材料的物理性質。

量測原理

在控制溫度與磁場的環境中量測樣品的電壓與電流反應,取得電阻及其他電性傳輸特性。

實驗室內的超導量子干涉磁量儀(SQUID)

06

超導量子干涉磁量儀(SQUID)

用途

以高靈敏度量測材料的磁化反應,可分析磁性隨溫度與外加磁場的變化。

量測原理

利用約瑟夫森接面與磁通量子化形成的量子干涉,將極微小的磁通變化轉換為可量測訊號。

Recent Publications

最新論文

近年精選期刊論文,涵蓋低維磁性、拓樸輸運、介面磁性與鐵電性。

2026

Physical Review B · 113, 184442

Proximity-induced ferrimagneticlike interfaces in the topological-insulator heterostructures Cr₂Ge₂Te₆/(Bi,Sb)₂Te₃/Eu₃Fe₅O₁₂

以兩種磁性絕緣體夾置拓樸絕緣體,觀察上下介面相反極性的異常霍爾效應,展示介面磁性與 Berry 曲率的可設計性。

DOI ↗

Physical Review Research · 8, 013215

Tunable band-filling effects on thermoelectric properties and anomalous Hall conductivity in Weyl semimetal Co₃Sn₂S₂

比較 Fe 與 Ni 取代對能帶填充、熱電性質與異常霍爾傳輸的影響,釐清不同散射與內禀機制的角色。

DOI ↗

Nature Materials · 25, 1361–1369

Six-state clock physics in an atomically thin antiferromagnet

單層 NiPS₃ 呈現與二維 BKT 態一致的行為;進一步降溫後,形成與六態時鐘模型一致的長程有序。

DOI ↗

Nano Letters · 26, 864–870

Spatially Tunable Interfacial Ferroelectricity in Low-Symmetric WTe₂

利用 WTe₂ 奇偶層數控制介面鐵電性,並以層間滑移解釋偶極切換,顯示高於 550 K 的鐵電轉變溫度。

DOI ↗

Earlier Highlights

過往代表成果

Bi₂Se₃ 與 YIG 厚度對介面磁異向性及磁阻尼影響的四組實驗圖表
Figure 2;其中 (c)、(d) 顯示 Bi₂Se₃ 厚度對介面磁異向性與阻尼的影響。來源:Fanchiang et al., Nature Communications (2018),CC BY 4.0。

2018 · Nature Communications

Strongly exchange-coupled and surface-state-modulated magnetization dynamics in Bi₂Se₃/yttrium iron garnet heterostructures

以鐵磁共振驗證強介面耦合與磁性鄰近效應,呈現拓樸表面態對磁矩動態的影響。

DOI ↗
20 與 60 GHz 自旋波通過不同磁疇壁時的模擬磁化分布
Figure 2;其中 (a) 對照 Bloch 磁疇壁對 20 與 60 GHz 自旋波的不同穿透效果。來源:Chang et al., Scientific Reports (2018),CC BY 4.0。

2018 · Scientific Reports

Ferromagnetic domain walls as spin wave filters and the interplay between domain walls and spin waves

以微磁模擬解析磁疇壁方向、自旋波穿透率與磁疇壁運動之間的耦合關係。

DOI ↗

Members

實驗室成員

我們結合材料、量測與計算觀點,共同探索自旋電子學與量子材料中的關鍵問題。

現任成員

前成員

張存均

劉彥甫

高銘儀

曲丹茹

黃柏虔

潘小慎

張政期

張仁豪

Shivani

Shweta

Join the Lab

加入磁自旋電子實驗室

我們歡迎對自旋電子學、低維磁性與量子材料感興趣的夥伴加入。無論你希望從研究專題開始探索,或投入更深入的學位與專業研究,都歡迎與我們聯繫。

招募對象

  • 大專學生 專題研究、暑期實習與研究體驗
  • 碩博士生 學位論文研究與實驗訓練
  • 博士後研究員 獨立研究與跨領域合作
  • 專任研究助理 實驗執行、資料分析與研究計畫協作
  • 國內外研究夥伴 共同研究、技術交流與學術合作

目前研究方向

低維磁性與凡得瓦量子材料

探索原子級薄層材料中的鐵磁、反鐵磁與多鐵性,研究磁序、相變、激子—自旋交互作用及磁電耦合等新穎量子現象。

自旋輸運與磁化動力學

研究自旋流的產生、傳遞、偵測與操控,涵蓋自旋霍爾效應、自旋軌道力矩、自旋幫浦、自旋塞貝克效應,以及自旋波與磁疇壁動力學。

磁性異質結構與介面物理

製備並研究磁性薄膜及異質結構,探討磁性鄰近效應、介面磁異向性、Dzyaloshinskii–Moriya 交互作用,以及介面中的電荷—自旋耦合。

拓樸磁性與磁輸運

探討拓樸材料與磁性系統中的異常霍爾效應、拓樸霍爾效應、Berry 曲率、Weyl 半金屬及拓樸自旋結構。

研究訓練與資源

參與從薄膜製備、結構分析到低溫磁性與電性量測的完整研究流程,接觸 XRD、PPMS、SQUID 等實驗設備,並透過資料分析、理論模擬及國內外合作,培養獨立研究能力。

如果你對上述研究方向感興趣,請來信簡要介紹個人背景與研究興趣,並附上 CV。

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