基于交换偏置的自旋阀和磁性逻辑开关等自旋电子器件具有广泛的应用前景，不过该现象通常发生在外加磁场冷却后的磁相互作用界面体系中。迄今为止，本征性的零场冷却的交换偏置现象只出现在少数的体相阻挫系统中，而且其偏置场较小。因此，探索新的交换偏置体系以及实现巨大的零场冷交换偏置现象是充满挑战的。固体化学研究所、北京市高精尖材料基因工程中心邢献然教授团队在Kagome磁体Ho2Fe17Mnx中，通过连续调控补偿性亚铁磁态，在低温构造了复杂磁相互作用的FM/AFM界面，引起4.95 kOe的巨大零场冷交换偏置。本工作由博士生周浩维、曹宜力副教授、团队同事以及合作者共同完成。

图1 零场冷交换偏置性能统计及对比

六方相的Kagome磁体Ho2Fe17表现为亚铁磁结构，通过引入Mn元素，我们在低温实现了稳定的补偿性亚铁磁态，由于该磁态包含磁相竞争的FM/AFM界面，因此在零场冷条件下，磁滞回线不仅表现出大的矫顽场，而且具有巨大的零场冷交换偏置现象。变组分和变场下的实验统计证明了交换偏置现象的本征性，统计结果显示该性能表现几乎是已知系统的两倍（如上图所示）。

图2 原子分布及磁结构示意图

原子尺度结构和理论计算表明，这些补偿铁磁体是由于过饱和锰优先掺杂而产生的嵌入在Ho-Fe铁磁基体中的显著反铁磁交换作用。一种随机的反铁磁排列的Mn亚晶格夹在铁磁的Fe层之间，这揭示了这种非常规钉扎现象的来源（如上图所示）。同时，零场冷却交换偏置可以通过磁场、成分和温度来控制。这项工作给出了巨大体相的零场冷交换偏置和矫顽场在层状阻挫磁体中的一个很好的案例。

该成果题为“Colossal Zero-Field-Cooled Exchange Bias via Tuning Compensated Ferrimagnetic in Kagome Metals”，近期发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, 2024，20770-20777；https://doi.org/10.1021/jacs.4c04173）。该工作得到国家自然科学基金、北京市高精尖材料基因工程中心、科技部国家重点研发计划等项目资助。