过渡金属氧化物中新奇量子态与电荷-自旋互转换研究进展

为了满足信息技术时代下海量数据的高效存储及处理,具有低功耗、非易失性的自旋电子器件受到极大关注.能够高效产生自旋流的自旋源材料是新型自旋-轨道力矩器件的重要组成部分.近二十年来,在探索具有高效产生自旋流的材料体系,以及理解材料相关物理机制两方面都取得了较大的进展.最近,在过渡金属氧化物中涌现出许多与产生自旋流密切相关的新奇量子态,成为自旋源的新兴材料体系被广泛研究.研究结果表明,过渡金属氧化物具有对电子结构高度敏感、显著且灵活可调的电荷-自旋转换效率,具有巨大的应用潜力.本文主要综述了过渡金属氧化物中新奇的电子能带结构及其与电荷-自旋互转换的关联机制,并对未来的发展趋势进行了展望.

SrRuO_(3)薄膜中自旋轨道力矩效率和磁矩翻转的晶向调控

过渡金属氧化物SrRuO_(3)薄膜因具有较大且可调的电荷流-自旋流互转换效率而成为自旋轨道力矩(SOT)器件中备受关注的自旋源材料.然而,目前对SOT效率的调控主要集中在衬底外延应力调节.本文研究了晶体取向对SrRuO_(3)薄膜SOT性能的调控作用.制备了(111)取向SrRuO_(3)/CoPt异质结构,发现其SOT效率高达0.39,自旋霍尔电导达2.19×10^(5)■/(2e)Ω^(–1)·m^(–1),分别较(001)取向提高了86%和369%.此外,在SrRuO_(3)(111)器件中实现了低至2.4×10^(10)A/m^(2)临界电流密度下的电流驱动的垂直磁化翻转,较(001)晶向降低了37%.这些结果表明,晶体取向是显著提升SrRuO_(3)基SOT器件综合性能的有效途径,为发展高效自旋电子器件提供了新思路.