用BiSePt合金提高自旋轨道转矩效率

自旋轨道转矩器件实现快速高效的磁性操作,需要提供自旋流的强自旋轨道耦合层具有高的电荷-自旋密度转换效率,以及低的电阻率.本文采用磁控溅射方法生长具有面内磁性的BiSePt合金/Co异质结构,对比BiSePt合金采用共溅射及交替溅射两种生长方式,研究了不同配比下的自旋轨道转矩效率(SOT效率)与合金电阻率.Pt掺杂提高了合金层的金属性,但是逐渐破坏Bi_(2)Se_(3)非晶表面的拓扑序,随着Pt组分的增加,两种竞争的机制使得合金层的自旋霍尔电导率随浓度配比有非单调变化,并且在Bi_(2)Se_(3)组分为67%的配比处达到了优值.相比共溅射方式,交替溅射方式生长合金层的电导率及自旋霍尔角较小,这归因于界面散射的增强及Pt对自旋流的过滤效应.相比于传统的纯重金属Pt和Ta等,以及拓扑绝缘体Bi_(2)Se_(3)等材料,我们的BiSePt合金实现了与工业匹配的生长条件,较高的SOT效率,以及适中的电阻率,对于SOT器件的实际应用很有意义.

自旋轨道转矩

信息磁存储技术在日常生活中,特别是目前的"大数据"时代,扮演着极其重要的角色。随着物理学的深入研究和发展,磁存储技术也发生着翻天覆地的变化。磁性随机存储器被视为未来磁存储技术的一颗新星,低功耗、读写快的特点使其拥有着巨大并且广泛的应用前景。磁存储技术很大程度上依赖于写入和读取磁存储单元信息的效率。近年来,基于自旋轨道耦合这一基本物理原理发展而来的自旋轨道转矩,由于能够有效地控制磁存储单元的磁矩,而受到了凝聚态物理和电子信息领域的广泛关注。涉及自旋轨道转矩的物理效应,如自旋轨道耦合、自旋霍尔效应、Edelstein效应等,都正在被全世界科学家深入地研究中。文章涵盖了近年来自旋轨道转矩领域的最新研究进展,重点介绍了重金属、二维材料体系、拓扑绝缘体以及反铁磁体系中的自旋轨道转矩。文章最后展望了自旋轨道转矩未来的发展方向及其潜在的工业应用价值。

层间反对称交换耦合的前沿进展

层间反对称交换耦合,或者层间Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用,存在于以铁磁/非磁/铁磁金属异质结为单元的多层薄膜体系中.其物理来源是体系的对称性破缺、自旋轨道耦合(spin-orbit coupling,SOC)以及Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)机制.层间DM相互作用的理论于20世纪90年代提出,但是由于其强度较小,直到2019年才被实验观测到人工反铁磁结构中的手性交换偏置效应所证实.近期的实验证明层间DM相互作用能帮助无外场自旋轨道转矩(spin-orbit torque,SOT)翻转垂直磁化,对于新兴自旋电子学器件设计意义重大.简要介绍层间DM相互作用的理论推导、相关实验现象、第一性原理的计算方法以及可能的应用,为今后层间DM相互作用相关的研究抛砖引玉.

Co基赫斯勒合金研究进展

Co基赫斯勒合金是一类具有高度有序晶体结构的金属间化合物,其化学组成常用Co2XY表示,其中X为过渡金属元素,Y为主族元素。相比于其他材料,它具有更高的自旋极化率、更高的居里温度以及更低的阻尼因子。基于这些优良特性使得Co基赫斯勒合金在自旋阀、隧道结及半导体自旋场效应管等自旋电子学器件中具有巨大的应用前景。本文回顾了近年来国际上关于Co基赫斯勒合金在垂直磁各向异性和自旋轨道转矩上的研究,从合金成分、微观结构、磁性层的厚度、缓冲层的材料、氧化物层的材料、元素扩散等方面总结了垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素。对垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素的总结有助于更好地理解其深层物理机制以及在未来研究中的挑战与前景。