自旋玻璃的磁阻挫与无序特性为克服传统自旋电子器件的杂散场干扰提供了新维度，可实现近零净磁化与交换偏置（Exchange bias, EB）共存。然而，经典正则及现有的自旋玻璃受限于界面相互作用密度不足，EB效应极微弱。若将高密度三维界面设计的理念引入体相阻挫结构，通过增强有效各向异性，有望解锁大EB效应和新机制。近期，邢献然教授团队取得创新突破，通过元素选择性占位设计，构建了“三维化学共格界面”诱导大交换偏置的几何阻挫自旋玻璃新体系。相关工作发表在期刊Adv. Mater.上。

图 1  原文和摘要

作者团队通过简单的化学调控，在基于α-Mn结构的非共线反铁磁耦合中，通过In与Co的特定占位设计，成功构筑了具有三维交织拓扑结构且局域磁竞争（富Mn团簇呈现阻挫反铁磁态，富In团簇呈现类铁磁态）的阻挫自旋玻璃体系Mn32Co5In15（图2a）。研究发现，该体系在零场冷却条件下产生0.3 T的自发交换偏置，在5 T冷却场下获得1.2 T的场冷交换偏置，性能较典型自旋玻璃体系提升近一个数量级（图2b-2d）。

图2  阻挫自旋玻璃中的磁相互作用、局域化学异质性以及诱导的交换偏置性能

结合原位加场中子衍射（图3a-3b）与原位加场原子对分布函数（图3c）分析，系统揭示施加磁冷却场可打破自旋玻璃系统的遍历性，诱导具有局域化学异质性的类铁磁态-团簇D产生协同响应（图2e），从而构建增强EB效应的各向异性通道（图3e），为体相材料中EB效应的界面工程提供新的见解。

图3  原位加场测试以及施加冷却磁场下(111)平面内的团簇磁竞争

该成果以 " Large Exchange Bias Effect in Geometrically Frustrated Spin Glass Through High-Density Coherent Chemical Interfaces." 为题，近期发表在《先进材料》（Advanced Materials）。论文第一作者为北京科技大学固体化学研究所博士生许翰坤，通讯作者为固体化学研究所林鲲教授。该工作得到国家自然科学基金的资助。论文链接： https://doi.org/10.1002/adma.202521775。