在自旋电子学中，实现绝缘态材料中的高效、低损耗自旋操控一直是核心挑战。传统的电致自旋响应机制主要针对直流和低频电场，但近年来，与此同时，近年来实验技术的突破使得频率高达太赫兹量级的快速变化电场可以直接与材料的量子态发生作用。这一进展带来了许多无法用传统静态理论解释的自旋现象：例如绝缘体中的瞬态自旋信号、超快反铁磁动力学、以及仅在高频下出现却在直流极限完全消失的自旋响应。这表明静态线性理论已无法覆盖这类问题，而揭示快速时间变化下的自旋产生机制，成为当前信息功能材料研究的关键科学问题之一。

近期，复旦大学理论物理与信息科学交叉中心肖聪青年研究员和江华教授、香港理工大学杨声远教授带领的的合作团队提出了一种由时间变化电场驱动的内禀动态自旋产生机制（Intrinsic Dynamic Electrical Spin Generation, DESG）。该机制表明，在频率足够高且主要为带内响应的条件下，电子自旋的产生并不一定由电场本身驱动，而可以由电场的时间导数触发。这一效应源自电子能带的量子几何性质，具体体现为一种称为动态反常自旋极化率的能带几何量，因此具有完全“内禀”、不依赖散射的特征。与以往只在磁性或金属体系中出现的内禀电致自旋效应不同，研究显示非磁性绝缘体中也存在内禀线性自旋产生，这在直流极限中是被对称性完全禁止的；在空间-时间反演对称反铁磁绝缘体中，DESG可自然诱导内禀奈尔自旋轨道力矩，无需费米面、无需散射，克服现有机理仅在金属中有效的限制。

理论结合第一性原理计算进一步给出了可实现的材料实例。在非磁性单层Bi中，太赫兹电场可以产生可探测量级的自旋极化；在偶数层MnBi₂Te₄中，该效应引发的自旋极化在两个磁子晶格上呈交替分布，产生的有效磁场可达数特斯拉数量级，有利于实现绝缘态下的奈尔矢量翻转。这意味着可能通过光或太赫兹电流实现反铁磁绝缘体的超快操控，大幅降低焦耳热损耗。

该成果以 “Intrinsic Dynamic Generation of Spin Polarization by Time-Varying Electric Field” 为题发表在《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 135, 106301 (2025)）。复旦大学肖聪青年研究员、江华教授以及香港理工大学杨声远教授为通讯作者，新加坡科技设计大学冯旭坤博士（现为复旦大学理论物理与信息科学交叉中心博士后）、澳门大学曹晋博士和复旦大学张志帆博士为共同第一作者，主要合作者还包括新加坡科技设计大学Lay Kee Ang教授和澳门大学赖屾助理教授。

图：（a）具有反铁磁基态的双层MnBi₂Te₄示意图。两个磁子晶格A和B分别对应于两层。磁矩在平面外方向。（b）磁子晶格A的电致自旋响应方向对外加电场方向的依赖。（c）双层MnBi₂Te₄能带图。（d）两个磁子晶格的交错自旋响应随外加电场频率的变化。

文章链接：https://doi.org/10.1103/7blz-pswv