Temperature dependent spin transport properties of Platinum inferred from spin Hall magnetoresistance measurements
利用磁化方向相关的磁电阻测量方法，研究了钇铁石榴石/铂混合结构中自旋霍尔磁电阻（SMR）的温度依赖性。我们的实验表明，随着温度的降低，SMR幅度下降。利用SMR对正常金属自旋输运性质的敏感性，我们解释了我们的数据在铂的自旋霍尔角从室温下的0.11到10 K下的0.075的减少，而自旋扩散长度和自旋混合电导的亚铁磁绝缘体/正常金属界面保持几乎恒定。
2014-06-06 cond-mat.mes-hall
Optimization of the yttrium iron garnet/platinum interface for spin pumping-based applications
定量地研究了在镀铂前对钇铁石榴石（YIG）进行表面处理对自旋泵浦效率和自旋混合电导的影响。铁磁共振驱动的自旋泵浦将自旋极化电流注入到Pt层中，该自旋极化电流通过逆自旋霍尔效应转换为电动势。我们的实验表明，自旋泵浦效应确实强烈地依赖于YIG/Pt界面条件。我们测量的逆自旋霍尔电压和自旋混合电导的两个数量级以上的改进样品制备的增强。
2013-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of phonon skew scattering in the spin Hall effect of platinum
通过对Pt/Co/AlO多层膜$_x$的自旋-轨道矩的二次谐波测量，我们测量并分析了低剩余电阻率区铂的有效自旋霍尔角。一个角度依赖的扭矩的研究，使我们能够提取有效的自旋霍尔角负责系统中的阻尼扭矩。我们观察到一个显着的非单调性和可重复的温度依赖性的扭矩。这种行为是兼容的最近的理论预测，其中包括内在和外在（杂质和声子）的贡献，在有限的温度下的自旋霍尔效应。
2018-02-26 cond-mat.mes-hall
Giant spin Hall conductivity in platinum at room temperature
我们已经证明了电的产生和检测自旋极化的自旋霍尔效应（SHE）在铂。实验在非局部几何结构中进行，没有使用铁磁材料或磁场。我们设计了一个电路，它使用SHE将电荷电流转换为自旋电流，并使用反SHE将自旋电流转换回电荷信号。实验在10 K至290 K的温度下进行。我们用自旋扩散模型从实验数据中提取了自旋霍尔电导率和自旋扩散长度，在290 K时分别为1.1 $\times 10^6$ $Ω^{-1}$ m、$^{-1}$和80 nm.自旋霍尔电导率比以前记录的$3.3\times10^4$ $Ω^{-1}$ m $^{-1}$大两个数量级。这一观察结果在自旋电子学器件中可能有许多潜在的应用。
2010-06-10 cond-mat.mes-hall
Spin-Hall-Active Platinum Thin Films Grown Via Atomic Layer Deposition
我们研究了钇铁石榴石/Pt异质结构的磁电阻，其中Pt层是通过原子层沉积（ALD）生长的。三个正交旋转平面的磁输运实验揭示了自旋霍尔磁电阻的标志性特征。我们通过比较不同Pt厚度样品的磁电阻大小来估计自旋输运参数。我们比较的自旋霍尔角和ALD Pt层的自旋扩散长度的值报告的高品质的光刻沉积的Pt膜。1.5nm的自旋扩散长度与文献中报道的铂薄膜一致，而自旋霍尔磁电阻$Δρ/ ρ= 2.2\times 10^{-5}$与我们的沉积膜相比大约小20倍。我们的研究结果表明，ALD允许制造自旋霍尔活性Pt膜的质量合适的自旋输运结构中使用。这项工作提供了基础，建立共形ALD涂层的任意表面几何形状的自旋霍尔活性金属，并可能导致在未来的3D自旋电子器件。
2018-01-12 cond-mat.mes-hall
Simultaneous detection of the spin-Hall magnetoresistance and the spin-Seebeck effect in Platinum and Tantalum on Yttrium Iron Garnet
通过外部加热样品（使用器件顶部的片上Pt加热器）以及电流感应加热来研究铂（Pt）和钽（Ta）在钇铁石榴石（YIG）上的自旋塞贝克效应（SSE）。对于SSE测量，外部加热是获得清晰信号的最常用方法。在这里，我们表明，也通过电流感应加热，它是可以直接观察到的SSE，分离也存在自旋霍尔磁阻（SMR）信号，通过使用锁定检测技术。使用这种测量技术，在低施加的磁场和高的加热电流的额外的第二阶信号的存在被揭示。这些信号是由所使用的AC电流产生的电流感应磁场（奥斯特场）引起的，从而产生动态SMR信号。
2014-11-27 cond-mat.mes-hall
Spin orbit interaction induced spin-separation in platinum nanostructures
Hirsch（1999）提出了观察自旋霍尔效应的机制和几何学。在这项工作中，我们提出了一种新的实现赫希几何的铂（Pt）纳米结构，这是一个越来越重要的材料自旋电子学的应用。在非局部几何结构中进行测量以避免伪效应。测量结果表明Pt具有较大的自旋霍尔电导率。并与金（Au）和铝（Al）的结果进行了比较。我们的观察可能的理论解释简要地提到。
2008-04-01 cond-mat.mes-hall
Spin torque study of the spin Hall conductivity and spin diffusion length in platinum thin films with varying resistivity
我们报告的自旋扭矩效率的测量在双磁化Pt/Co双层膜的Pt电阻率$ρ_{Pt}$是强烈依赖于厚度$t_{Pt}$。每单位电流密度的阻尼式自旋霍尔扭矩效率$ξ^j_{DL}$随$t_{Pt}$显着变化，在$t_{Pt} = 2.8 - 3.9$ nm处表现出峰值$ξ^j_{DL}=0.12$。相反，$ξ^j_{DL}/ρ_{Pt}$随着$t_{Pt}$单调增加，并在$t_{Pt} > 5$ nm处饱和，这与固有的自旋霍尔效应机制一致，其中$ρ_{Pt}$的增加增强了$ξ^j_{DL}$。假设Elliott-Yafet自旋散射机制占主导地位，我们估计自旋扩散长度$λ_s = (0.77 \pm 0.08) \times 10^{-15} Ωm^2 /ρ_{Pt}$。
2015-12-22 cond-mat.mes-hall
Review and Analysis of Measurements of the Spin Hall Effect in Platinum
在室温下测量Pt样品的自旋霍尔电导率和自旋霍尔角时，使用了几种不同的实验技术，结果相差20倍以上，自旋霍尔电导率为2.4 x 10^4 ~ 5.1 x 10^5 [hbar/（2 e）]（Ohm-m）^-1，自旋霍尔角为0.0037 ~ 0.08。我们回顾了这项工作，并分析了差异的可能原因。我们解释说，已报告的自旋霍尔角的最小值，基于横向坡莫合金/铜/铂器件的测量，是不正确的，因为原来的分析没有适当考虑到，在这些设备中的铜层将分流通过相邻的铂线流动的充电电流，从而大大减少了自旋霍尔相关的信号的大小。我们认为，由其他实验技术发现的自旋霍尔角的结果之间的差异主要是一个后果的自旋扩散长度在Pt的值不同的假设。我们提出了一种新的测量溅射Pt/坡莫合金双层薄膜在室温下的Pt内的自旋扩散长度，发现1.4 \pm 0.3 nm，一个小得多的值比以前一般假设。有了这个自旋扩散长度的值，之前不一致的结果就可以更好地吻合，结果是自旋霍尔电导率为（1.4 - 3.4）x 10^5 [hbar/（2 e）]（欧姆-米）^-1，自旋霍尔角大于0.05。这些值足够大，使得Pt中的自旋霍尔效应可用于产生足够强的自旋电流和自旋转移转矩，以有效操纵相邻铁磁层中的磁矩。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall
Suppression of the fieldlike spin-orbit torque efficiency due to the magnetic proximity effect in ferromagnet/platinum bilayers
用磁致电阻谐波响应技术研究了Co $_2$ FeAl/Pt双层膜中电流感生的自旋轨道力矩，区分了类阻尼和类场贡献.通过反常的霍尔和各向异性磁阻，这是增强在低温下薄铂厚度的存在下观察到的温度依赖性的磁邻近效应。类场转矩效率随着温度的降低而稳定下降，我们建议这与磁场邻近效应对类场转矩机制的影响有关。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitative study of the spin Hall magnetoresistance in ferromagnetic insulator/normal metal hybrids
本文对铁磁绝缘体/铂和铁磁绝缘体/非铁磁金属/铂混合结构中的自旋霍尔磁电阻效应进行了实验研究和定量分析。对于铁磁绝缘体，我们使用钇铁石榴石、镍铁氧体或磁铁矿，而对于非铁磁体，我们使用铜或金。自旋霍尔磁电阻效应理论上归因于铂金属顶层的自旋霍尔效应和反自旋霍尔效应的共同作用。因此，它的特性应该取决于相邻铁磁体的磁化方向，并且即使在Pt和铁磁体之间插入额外的非铁磁金属层也会占上风。我们的实验数据证实了这些理论假设。利用自旋霍尔磁电阻理论对实验数据进行了分析，得到了铂的自旋霍尔角和自旋扩散长度。对于$4\times10^{14}\;\mathrm{Ω^{-1}m^{-2}}$的自旋混合电导，我们得到了我们的薄膜样品中Pt的$0.11\pm0.08$的自旋霍尔角和$(1.5\pm0.5)\;\mathrm{nm}$的自旋扩散长度。
2013-04-23 cond-mat.mes-hall
Modulation of Hanle magnetoresistance in an ultrathin platinum film by ionic gating
Hanle磁阻（HMR）是一种磁阻类型，其中自旋霍尔效应、Hanle型自旋旋进和重金属中的顶/底表面处的自旋相关散射的相互作用控制该效应。在这项研究中，我们调制HMR在铂的离子门控，其中的表面Rashba场产生的强电场在离子门和Pt之间的界面起着主导作用的调制。这一发现有助于研究自旋相关的门控效应和自旋器件的制备。
2023-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling behavior of the spin pumping effect in ferromagnet/platinum bilayers
我们系统地测量了铁磁/铂双层膜中自旋抽运和逆自旋霍尔效应引起的直流电压V_ISH。在我们所有的样品中，包括铁磁3d过渡金属，Heusler化合物，铁氧体尖晶石氧化物和磁性半导体，V_ISH总是具有相同的极性。此外，V_ISH与具有通用前因子的磁化进动锥角成比例，而与磁性、载流子传输机制或类型无关。这些发现定量地证实了目前的自旋泵浦与逆自旋霍尔效应相结合的理论认识。
2011-07-29 cond-mat.mes-hall
Observation of Spin Nernst effect in Platinum
自旋电子学的中心焦点集中在纯自旋流和相关自旋力矩的产生上。通过重金属中的自旋霍尔效应，可以通过传递电荷电流产生纯自旋电流。利用自旋塞贝克效应，在铁磁体中也可以产生纯自旋电流。在这项工作中，我们的实验表明，如果重金属如铂具有高自旋轨道耦合进行热流，它可以将其转换为自旋电流由于相对论自旋轨道相互作用。在非磁体中，这种热流到自旋流的转换等效于热驱动自旋霍尔效应，或者称之为自旋能斯特效应。我们在实验上观察到Ni/Pt双层膜中的自旋能斯特效应，并证实当Pt被低自旋轨道材料如Al取代时，自旋能斯特效应显著降低。因此，我们明确地探测到了自旋能斯特效应，并将其强度与电自旋霍尔效应进行了比较。
2017-04-22 cond-mat.mes-hall
Electrical control of spin mixing conductance in a Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$/Platinum bilayer
本文报道了在Y-${}_{3}$-Fe-${}_{5}$-O-${}_{12}$ /Pt（YIG/Pt）双层膜中，通过离子栅技术施加栅压，实现了自旋混合电导的可调，电导可达$\pm 22\%$，并表现出依赖于栅的铁磁共振线宽.此外，我们观察到一个依赖于栅极的自旋泵浦和自旋霍尔角的Pt层，这也是可调的高达$\pm$ 13.6\%。这项工作的实验演示了自旋电流控制通过自旋泵和栅极电压在YIG/Pt双层，展示了磁性绝缘体/重金属双层的自旋输运性质的界面电荷密度的关键作用。
2019-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negligible thermal contributions to the spin pumping signal in ferromagnetic metal-Platinum bilayers
铁磁共振自旋泵浦是测定各种材料的自旋霍尔角、Edelstein长度或自旋扩散长度的最常用技术之一。近年来，人们对这些实验的解释越来越关注，强调信号可能纯粹来自热电效应，而不是相干自旋泵浦。在这里，我们提出了一种方法，通过结合测辐射热法和铁磁共振测量的自旋泵浦，并比较它们的时间尺度，来评估自旋泵浦信号中是否存在热效应。利用谐振腔对Pt \Permalloy和La 0.7Sr 0.3MnO 3 \Pt样品进行了实验，我们得出结论，没有任何可测量的热电贡献，如自旋Seebeck和共振时的反常能斯特效应
2020-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-local magnon-based transport in yttrium iron garnet/platinum heterostructures at high temperatures
重金属薄膜中的自旋霍尔效应允许通过磁输运测量来探测相邻磁性绝缘体的磁性。在这里，我们调查的磁阻响应的钇铁石榴石/铂异质结构从室温到超过居里温度$T_\mathrm{C, YIG} \approx 560\,\mathrm{K}$的亚铁磁绝缘体。我们发现，（本地）自旋霍尔磁电阻的幅度从$300\,\mathrm{K}$对$T_\mathrm{C}$单调下降，模仿钇铁石榴石的饱和磁化强度的演变。有趣的是，自旋霍尔磁电阻在$500\,\mathrm{K}$周围消失，远低于$T_\mathrm{C}$，我们将其归因于通过互扩散形成的寄生界面层。如已经报道的，在室温附近，非局部磁振子介导的磁阻表现出幂律缩放$T^α$与$α= 3/2$。在$420\,\mathrm{K}$附近，指数逐渐减小到$α\sim 1/2$，然后非局域磁阻在与自旋霍尔磁阻相似的温度下迅速消失。我们归因于减少$α$在高温下增加的热磁振子人口，这导致增强的非平衡磁振子人口的散射和减少的磁振子扩散长度。最后，我们发现一个磁场无关的偏移电压的非本地信号$T > 470\,\mathrm{K}$，我们通过通常绝缘的钇铁石榴石膜的电子泄漏电流。实际上，该非局部偏移电压是用接近带隙的能量热激活的。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall
Mechanism of Spin-Orbit Torques in Platinum Oxide Systems
自旋轨道力矩（SOT）磁性随机存取存储器（MRAM）已经显示出实现快速非易失性存储器系统的有希望的结果。已经提出了SOT-MRAM的重金属（HM）层的氧化作为增加其能量效率的方法。但由于HM的生成焓较低，难以控制其氧化，因此结果存在很大差异。在这里，我们通过执行逐渐氧化过程来调和这些差异，这使得堆叠的化学结构与物理特性相关联。作为HM层，我们选择Pt是因为其氧化物的强SOT和低生成焓。我们发现在FM/HM界面处的氧化物反型层的证据：氧被吸入FM中，而HM在界面附近保持金属性。我们进一步证明，氧迁移的FM层的体积，而不是集中在界面处。因此，我们发现，SOT的固有幅度是不变的相比，全金属结构。先前报告的SOT明显增加不是氧化铂固有的，而是由氧化产生的全身变化引起的。
2021-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Electrical Detection of Spin Chemical Potential Due to Spin Hall Effect in $β$-Tungsten and Platinum Using a Pair of Ferromagnetic and Normal Metal Voltage Probes
Indian Institute of Science Education and Research, Kolkata（印度科学教育研究所加尔各答分校）
本文开发了一种采用铁磁/参考金属电压探针的类霍尔效应测量方案，直接探测β-钨和铂的自旋化学势，验证了其适用于自旋霍尔效应及逆自旋霍尔效应探测，还发现自旋霍尔电阻率与钨电阻率呈幂律依赖关系。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall
Subterahertz spin pumping from an insulating antiferromagnet
自旋转移力矩和自旋霍尔效应与它们的相互作用现象、自旋泵浦和逆自旋霍尔（ISHE）效应相结合，使得能够在自旋电子学中读取和控制磁矩。在基于反铁磁的设备中，这些效应的直接观察仍然是难以捉摸的。我们报告了亚太赫兹自旋泵在单轴绝缘反铁磁体MnF2和铂的界面。所测量的ISHE电压所产生的自旋电荷转换在铂层取决于反铁磁体，这是选择性地激发和调制的圆偏振亚太赫兹辐射的手性的动力学模式的手性。我们的研究结果打开了大门，在太赫兹频率的相干纯自旋电流的控制产生。
2020-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall noise
我们测量了纯自旋电流的低频热涨落的铂薄膜沉积在钇铁石榴石通过逆自旋霍尔效应（ISHE）介导的电压噪声作为一个功能的磁化和运输方向之间的角度$α$。结果与最近发现的自旋霍尔磁电阻的涨落耗散定理一致。我们提出了一个微观描述的$α$依赖的自旋电流波动和ISHE的电压噪声。
2014-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the spin Hall angle, spin mixing conductance and spin diffusion length in Ir/CoFeB for spin-orbitronic devices
铱是一种非常有前途的自旋电子学应用材料，由于其有趣的磁性，如大的RKKY交换耦合以及其大的自旋轨道耦合值。Ir例如用作垂直合成反铁磁或亚铁磁系统的间隔层。然而，这种材料的自旋电子学参数的研究只有少数报道。本文采用反自旋霍尔效应-自旋泵浦铁磁共振方法测量了CoFeB/Ir双层膜的有效自旋霍尔角、铱内自旋扩散长度和自旋混合电导。为了获得可靠的结果，我们对CoFeB/Pt双层进行了相同的实验，由于大量报道的研究，该行为是众所周知的。我们的实验结果表明，在铱的自旋扩散长度为1.3 nm的电阻率为250 $Ω$ .m，自旋混合电导$g_{eff}^{\uparrow \downarrow}$的CoFeB/Ir界面是30 nm $^{-2}$，和铱的自旋霍尔角具有相同的符号比铂之一，并被评估为26%的铂之一。发现的自旋霍尔角的值是7.7%的Pt和2%的Ir。这些相关参数应是有用的，以考虑Ir在新的概念和设备相结合的自旋轨道扭矩和自旋转移扭矩。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlocal magnon spin transport in yttrium iron garnet with tantalum and platinum spin injection/detection electrodes
在非局域实验中研究了磁性绝缘体钇铁石榴石（YIG）中的磁振子自旋输运，并比较了重金属顺磁电极铂（Pt |YIG| Pt）和钽（Ta |YIG| Ta）的磁振子自旋激发和探测。电注入和检测过程依赖于重金属中的（逆）自旋霍尔效应以及重金属处电子自旋和磁振子自旋之间的转换|YIG接口。Pt和Ta具有相反的自旋霍尔角符号。此外，它们与YIG的异质结构具有不同的界面性质，即自旋混合电导。通过改变注入器和探测器之间的距离，研究了磁振子自旋输运。利用基于扩散-弛豫输运理论的电路模型，从Pt和Ta器件中提取了相似的~ 10 μm的磁振子弛豫长度。通过改变注入器和探测器材料，观察到界面性质对磁振子自旋输运的影响。对于Ta器件YIG的自旋混合电导减少与Pt器件相比，这是定量一致的，当比较的依赖性的非本地信号的注入器-检测器的距离与预测从电路模型。
2018-03-30 cond-mat.mes-hall
Anomalous Hall effect in YIG$|$Pt bilayers
通过磁化方向相关的磁电阻实验测量了钇铁石榴石$|$铂（YIG $|$ Pt）双层膜中的寻常和反常霍尔效应。我们的数据表明，亚铁磁绝缘体YIG的存在下，导致一个异常的霍尔像签名的Pt，敏感的Pt厚度和温度。解释的自旋霍尔反常霍尔效应的实验结果表明，自旋混合界面电导的虚部$G_{\mathrm{i}}$起着至关重要的作用，在YIG $|$ Pt双层膜。特别是，我们的数据表明$10\,\mathrm{K}$和$300\,\mathrm{K}$之间$G_{\mathrm{i}}$的符号变化。此外，我们报告了一个更高阶的霍尔效应，这出现在YIG上的Pt薄膜在低温下。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall magnetoresistance effect from a disordered interface
本研究发现Pt/MnPSe₃异质结中的类自旋霍尔磁阻信号源于界面无序形成的非晶磁性层，修正了此前认为无序仅引入噪声的认知，为范德华磁性材料的SMR表征提供了重要参考。
2022-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectral shape deformation in inverse spin Hall voltage in Y3Fe5O12|Pt bilayers at high microwave power levels
我们报告的变形的微波吸收光谱和反自旋霍尔电压信号的薄膜双层钇铁石榴石（YIG）和铂在高微波功率水平在9.45 GHz的TE 011腔。当微波功率从0.15 mW增加到200 mW时，共振场向更高的值移动，并且微波吸收强度的初始洛伦兹谱以及逆自旋霍尔电压信号变得不对称。磁化旋进锥的打开和YIG的加热的贡献不能很好地再现数据。YIG薄膜反自旋霍尔电压的控制测量|Pt系统的线宽范围强调自旋波激发的光谱变形的作用。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Planar Hall driven torque in a FM/NM/FM system
自旋电子学的一个重要目标是将电荷电流转换成具有受控自旋极化的自旋电流，该自旋电流可以在相邻的磁性层上施加扭矩。在这里，我们证明这样的扭矩在两个铁磁体系统。在CoNi/Au/CoFeB结构的样品中，采用CoNi多层膜作为自旋电流源。自旋扭矩铁磁共振用于测量CoFeB层上的扭矩。作为所施加的磁场角度和电流的函数的响应与由源自CoNi的平面霍尔效应产生的扭矩所预期的对称性一致。我们发现这种效应的强度与铂中的自旋霍尔效应的强度相当，表明平面霍尔效应具有作为自旋电流源的潜力，具有可控的极化方向。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable large spin Hall and spin Nernst effects in Dirac semimetals ZrXY (X=Si, Ge; Y=S, Se, Te)
ZrSiS型化合物是一类Dirac半金属化合物，由于其拓扑电子性质和潜在的应用前景，近年来引起了人们极大的兴趣。特别地，带隙的狄拉克节点可以具有大的自旋贝里曲率，并且因此引起大的自旋霍尔效应（SHE）和自旋能斯特效应（SNE），这可以用于在不施加磁场或磁性材料的情况下产生用于自旋电子学和自旋热电子学的纯自旋电流。本文基于相对论能带结构的\textit{ab initio}方法，研究了ZrXY（X = Si，Ge; Y = S，Se，Te）中的SHE和SNE。我们的理论计算表明，这些化合物中的一些表现出大的本征自旋霍尔电导率（SHC）和自旋能斯特电导率（SNC）。计算的ZrSiTe的SHC高达-755（$\hbar$ /e）（S/cm）。由于这些狄拉克半金属的电导率远小于具有$\sim$ 2200的最大本征SHC（$\hbar$ /e）（S/cm）的铂的电导率，这表明它们将具有比铂更大的自旋霍尔角。值得注意的是，我们发现，在这些化合物中的SHE和SNE的幅度和符号都可以通过改变电场方向或自旋电流方向来显着调谐，并且还可以通过经由化学掺杂稍微改变费米能级来优化。对计算的带分辨和$k$分辨自旋Berry曲率的分析表明，大的SHE和SNE以及它们显著的可调谐性源于这些狄拉克半金属中费米能级附近存在许多轻微自旋轨道耦合隙的狄拉克节线.我们的研究结果表明，ZrSiS型化合物是有前途的候选人自旋…
2019-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Maximizing Spin-Orbit Torque Generated by the Spin Hall Effect of Pt
自旋-轨道力矩的有效产生是自旋-轨道电子学的核心问题。铂是典型的自旋霍尔材料，由于其巨大的自旋霍尔电导率、低电阻率、高稳定性以及与CMOS电路兼容的能力，它有可能成为自旋轨道扭矩的杰出提供者。然而，具有低电阻率的纯清洁极限Pt仍然提供低阻尼类自旋轨道扭矩效率，这限制了其实际应用。增加Pt的自旋霍尔比和界面的自旋跃迁可以显著提高Pt基磁性异质结构的自旋-轨道矩效率。在这里，我们回顾了最近的进展，了解物理的自旋电流产生，界面自旋输运，和计量学的自旋轨道扭矩，并总结了基于Pt的自旋轨道扭矩存储器和逻辑的目标，是快速，高效，可靠，可扩展，和非易失性的进展。
2021-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous spin Hall angle of a metallic ferromagnet determined by a multiterminal spin injection/detection device
本文报道了铁磁金属合金钴铁（Co $_{25}$ Fe $_{75}$，CoFe）中反常自旋霍尔角的测定。这是通过测量自旋注入/检测效率的多终端设备与纳米线的铂（Pt）和CoFe沉积到磁性绝缘体钇铁石榴石（Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$，YIG）。应用自旋电阻模型，我们的多终端自旋输运数据，我们确定在YIG的磁振子电导率，在YIG/CoFe界面的自旋电导，最后的异常自旋霍尔角CoFe作为其自旋扩散长度的函数在一个单一的设备。我们的实验清楚地揭示了一个负的反常自旋霍尔角的铁磁金属CoFe，但一个消失的普通自旋霍尔角。这与铁磁金属Co和坡莫合金的结果相反。
2019-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inverse Spin Hall Effect in NiFe / Normal Metal Bilayers
铁磁体中的自旋抽运提供了纯自旋流的来源。通过逆自旋霍尔效应，自旋电流被转换成充电电流和相应的可检测的DC电压。注入的自旋电流与产生的电荷电流的比率由自旋霍尔角给出。然而，实验的数量或多或少等于自旋霍尔角不同值的数量，即使对于研究最多的正常金属铂也是如此。该出版物提供了一个完整的研究反自旋霍尔效应和各向异性磁阻不同的NiFe（Py）/正常金属双层使用共面波导结构。角度和频率相关的测量强烈地表明，自旋泵浦和逆自旋霍尔效应可以用来量化自旋霍尔角，只有当某些条件得到满足。排除作为寄生电压产生效应的各向异性磁阻，Py/Pt和Py/Au中的反自旋霍尔效应的测量分别产生0.09和0.008的自旋霍尔角。此外，在铁磁共振Py/Pt的直流电压作为温度的函数进行了研究，并将结果与理论模型进行了比较。
2013-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic synchronization of an array of spin-torque oscillators driven by the spin-Hall effect
本文用微磁学方法研究了铂/坡莫合金双层膜中自旋霍尔效应驱动的磁化动力学。在一定的磁场和电流范围内，观察到均匀模式的激发，其特征在于在整个铁磁截面中具有空间分布的功率。我们建议使用双层的铁磁体作为实现自旋力矩振荡器（STO）阵列的基础：坡莫合金铁磁体将作为共享的自由层，而间隔器和偏振器构建在其上。遵循这种策略，整个器件的均匀模式的频率将是相同的，从而产生内在同步。并联连接的STO阵列的同步将允许增加输出功率，如技术应用所需。
2014-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Linear magnetization dependence of the intrinsic anomalous Hall effect
从实验和理论上研究了Mn $_5$ Ge $_3$铁磁薄膜的反常霍尔效应。我们分离了对实验反常霍尔效应的本征和非本征贡献，并利用第一性原理方法从布洛赫态的Berry曲率计算了本征反常霍尔电导率.本征反常霍尔电导率线性依赖于磁化强度，这可以从有限温度下自旋取向的长波长波动来理解。理论和实验之间的定量一致性非常好，不仅在0 K附近，而且在有限温度下，高达约240 K（0.8 T $_C$ }）
2006-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of intrinsic spin Hall effect in semiconductors
相对论能带理论计算结果表明，典型半导体Ge、GaAs和AlAs的本征自旋霍尔电导率都是大的$[\sim 100 (\hbar/e)(Ωcm)^{-1}]$，表明自旋霍尔效应可能存在于四带Luttinger哈密顿量之外.计算的轨道角动量（轨道）霍尔电导率是一个数量级较小，表明没有取消之间的自旋和轨道霍尔效应在体半导体。此外，还发现自旋霍尔效应可以被应变强烈地操纵，并且半导体中的$ac$自旋霍尔电导率在纯半导体和杂质半导体中都很大。
2005-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of intrinsic spin Hall angle in Pt
在Pt/NiFe双层膜的自旋矩铁磁共振（ST-FMR）测量的自旋霍尔角在Pt中进行评估，并发现随着NiFe厚度的增加而增加。为了通过估计从Pt注入NiFe的总自旋电流来提取Pt中的本征自旋霍尔角，进行了NiFe厚度相关的测量，并考虑了NiFe层中的自旋扩散。室温下Pt的本征自旋霍尔角为0.068，在13 - 300 K温度范围内几乎保持常数。
2014-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital angular momentum driven intrinsic spin Hall effect
提出了一种内禀自旋霍尔效应（SHE）机制。在这种机制中，局域轨道角动量（OAM）引起电子位置移动，并与偏置电场耦合产生轨道霍尔效应（OHE）。SHE则通过原子自旋轨道耦合作为OHE的伴随效应出现。由于这种机制的自旋霍尔电导率估计是可比的重金属的实验值。该机制预测了自旋霍尔电导率的符号变化的自旋轨道极化改变其符号，以及自旋霍尔电导率和分裂的Rashba型自旋分裂在表面之间的相关性。
2014-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic spin Hall effect in noncubic crystals
我们研究了内禀自旋霍尔效应与晶体对称性和实验几何的关系。得到了自旋电流，并计算了电子自旋极化引起的霍尔电压。效应对晶体对称性的独特依赖性允许选择几何形状，其中自旋霍尔效应可以明确地与由于载流子的轨道运动和由于由传输电流产生的磁场的效应区分开。
2009-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic nonlinear Hall effect in antiferromagnetic tetragonal CuMnAs
Néel矢量的取向检测是反铁磁自旋电子学的一个主要研究课题。在这里，我们认识到的内在非线性霍尔效应，这是独立的弛豫时间，作为一个突出的贡献的时间反演奇数二阶电导率，并可以用来检测翻转的Néel矢量。与此相反，贝里曲率偶极诱导的非线性霍尔效应依赖于弛豫时间的线性和时间反演均匀。研究了反铁磁金属四元CuMnAs的本征非线性霍尔效应，发现其非线性霍尔电导率可达mA/V $^2$量级.这种非线性霍尔电导率对化学势的依赖性可以用倾斜的大质量狄拉克模型定性地解释。此外，我们证明了它的强烈的温度依赖性，并简要讨论了它的竞争与二阶德鲁德电导率。最后，对磁点群进行了全面的综述，为寻找更多具有本征非线性霍尔效应的反铁磁材料提供了指导。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computation of intrinsic spin Hall conductivities from first principles using maximally-localized Wannier functions
我们提出了一种方法来计算的内在自旋霍尔电导率的第一性原理使用的插值方案的基础上最大本地化的Wannier函数。在粗k点网格上计算得到从头算Bloch态之间的相关矩阵元后，通过傅里叶变换得到Wannier态之间的对应矩阵元。然后，我们进行逆傅立叶变换，将速度和自旋电流矩阵元素插值到密集的k点网格上，并使用它们来评估作为布里渊区积分的自旋霍尔电导率。这种策略具有比直接从头计算低得多的计算成本，而不牺牲精度。我们表明，铂和掺杂砷化镓的自旋霍尔电导率，计算与我们的插值方案作为费米能量的函数，是在良好的协议与以前的第一性原理研究中得到的。我们还讨论了某些近似，可以在紧束缚方法的精神，以简化计算的速度和自旋电流矩阵元素的Wannier表示。
2019-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inverse Spin Hall Effect from pulsed Spin Current in Organic Semiconductors with Tunable Spin-Orbit Coupling
有机半导体中由铁磁材料微波共振吸收引起的自旋电流的研究是自旋电子学研究的一个热点。由于OSEC固有的弱自旋-轨道耦合（SOC），其逆自旋霍尔效应（ISHE）响应是非常微妙的;受限于在连续波（cw）激发下适用的微波功率。在这里，我们介绍了一种新的方法，用于产生显着的ISHE信号，使用脉冲铁磁共振，其中ISHE是约2-3个数量级大的cw激励相比。这种强ISHE使我们能够研究各种OSEC，从具有强SOC的含有链内铂原子的π共轭聚合物，到弱SOC聚合物，到C60膜，其中SOC主要由分子表面曲率引起。脉冲ISHE技术为室温下自旋电流的有效注入和检测方案提供了一条可靠的途径，并为塑料材料中的自旋轨道电子学铺平了道路。
2015-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Hall conductivities induced by the orbital magnetic moment
内禀反常霍尔效应是电子波函数几何性质的最令人兴奋的表现之一。在这里，我们预测，电子波函数的几何性质也引起了一个纯粹的量子力学，{ \it内在}（散射时间无关）组件的霍尔电导率在存在的磁场。我们发现，轨道磁矩和异常霍尔速度相结合，以产生一个散射的时间无关的贡献的霍尔效应，除了洛伦兹力诱导的散射时间相关的“经典”霍尔效应。这种无耗散的霍尔效应也表现在热电和热导率中，并且在带边缘和带交叉附近占主导地位。它会引起负磁阻效应，并导致霍尔实验中测得的载流子密度被低估。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall effect in a system of Dirac fermions in the honeycomb lattice with intrinsic and Rashba spin-orbit interaction
我们考虑了石墨烯晶格中无质量狄拉克费米子系统的自旋霍尔效应。两种类型的自旋-轨道相互作用，有关的石墨烯晶格，被考虑在内-的内在和Rashba条款。在理想晶格的假设下，计算了自旋霍尔电导率的拓扑贡献。当这两种相互作用存在时，它们的相互作用被证明会导致自旋霍尔电导率对费米能级的依赖性的一些特殊性。
2009-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall-like transverse magnetoresistance in Au thin films on Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$
铂与磁性绝缘体接触时的异常霍尔信号是常见的观测结果，可以用邻近磁化或自旋霍尔磁阻来解释。在这项工作中，纵向和横向的磁阻测量的纯金薄膜上的亚铁磁绝缘体Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$（钇铁石榴石，YIG）。我们发现，无论是纵向和横向的磁阻有定量一致的缩放YIG/Au和YIG/Pt参考系时，应用自旋霍尔磁阻框架。由于磁邻近效应而引起的反常霍尔效应的贡献是不明显的。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall
Spin Injection and Detection via the Anomalous Spin Hall Effect in a Ferromagnetic Metal
我们报道了一种新的自旋注入和检测机制，通过反常霍尔效应在铁磁金属。反常自旋霍尔效应（ASHE）是指铁磁体内部产生的横向自旋电流。我们利用ASHE及其相互作用，在非局域几何的磁性绝缘体中电注入和检测磁振子。我们的实验表明，坡莫合金可以有一个更高的自旋注入和探测效率的铂，由于ASHE。我们还证明了通过坡莫合金磁化方向的ASHE的可调谐性，从而为自旋电子学应用创造了新的可能性。
2017-08-05 cond-mat.mes-hall
Intrinsic Quantum Anomalous Hall Effect in the Kagome Lattice Cs2LiMn3F12
在kagome晶格中，由于铁磁有序和内禀自旋-轨道耦合产生的交错磁通量可以打破时间反演对称性，从而产生多个分离的非平凡Chern带和内禀量子反常霍尔效应.基于这一思想和从头计算，我们提出了通过改变Cs_2LiMn_3F_12单晶（001）面的载流子覆盖率，在单层Cs_2Mn_3F_12 kagome晶格中实现本征量子反常霍尔效应，其带隙约为20 meV.此外，基于面内ddσ反键态建立了一个简化的紧束缚模型，以理解体系的拓扑能带结构.
2015-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Hall Detector
用非极化交流电通过铂样品的霍尔电压的示波研究揭示了霍尔效应的合唱特征，这清楚地证明了自旋霍尔效应在具有明显自旋-轨道相互作用的金属中的存在。已经证实，如在直流电的情况下，自旋-霍尔效应的可能性与在样品的边缘处的自旋和电荷的不平衡的存在相关联，这是使用它们的不对称几何形状来实现的。特别地，发现非平衡自旋霍尔效应的这种手性特征，例如在交流电的情况下与注入电流的方向和恒定磁场的方向无关，使得可以获得双频横向电压，其可以用作创建自旋电子器件的平台。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall
Observation of intrinsic inverse spin Hall effect
报道了在10 K样品温度下，在未掺杂GaAs多量子阱中观察到的本征逆自旋霍尔效应。利用量子干涉原理，用一对激光脉冲注入瞬态弹道纯自旋电流。通过对纯自旋流动力学的时间分辨，推导出了动量弛豫时间，从而确定了电子与空穴散射时间的下限。同时也解决了纯自旋电流通过逆自旋霍尔效应产生的横向电荷电流。我们发现，电荷电流产生之前的第一个电子-空穴散射事件。在无散射的弹道输运机制中产生的横向电流为内禀逆自旋霍尔效应提供了明确的证据。
2011-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sign Changes of Intrinsic Spin Hall Effect in Semiconductors and Simple Metals: First-Principles Calculations
利用第一性原理计算研究了半导体和简单金属中的自旋霍尔效应。我们发现，在实际材料中，本征自旋霍尔电导（ISHC）表现出丰富的符号变化，这可以用来区分这种效应与非本征效应。计算得到的n型GaAs中的ISHC与实验结果吻合较好，且与由非本征效应得到的符号不同。另一方面，在W和Au中的ISHC，其分别显示相反的符号，是鲁棒的，并且对无序不敏感。
2006-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal Intrinsic Spin-Hall Effect
我们描述了半导体自旋电子学中的一种新效应，它导致顺磁自旋轨道耦合系统中的无耗散自旋电流。我们认为，在一个高迁移率的二维电子系统与大量的Rashba自旋轨道耦合，一个自旋电流，垂直于充电电流是内在的。在两个自旋轨道分裂带都被占据的通常情况下，自旋霍尔电导率具有普适值。
2004-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Valley-Related Multiple Hall Effect in 2D Organometallic Lattice
二维晶格中的谷相关多重霍尔效应是凝聚态物理和材料科学中的一种基本输运现象。到目前为止，大多数实现它的建议仅限于玩具模型或外在效果。本文基于紧束缚模型和第一性原理计算，在NbTa-苯二维金属有机晶格中发现了本征谷相关多重霍尔效应。在时间反转对称性和反转对称性破缺的保护下，NbTa-苯在导带和价带中自发地表现出大的谷极化，保证了反常的谷霍尔效应。同时，由于交换作用和强的自旋轨道耦合，本征带反转发生在一个谷处，保证了谷极化的量子反常霍尔效应，从而在自然界中呈现出异常的谷相关多重霍尔效应。另外，通过应变工程，可以使其转变为具有铁谷效应或量子反常霍尔效应的相。这些见解不仅对谷相关物理学的基础研究有用，而且还使广泛的新型器件应用成为可能。
2021-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of current-induced nonlinear spin torque in Pt-Py bilayers
该研究通过大直流电流下的ST-FMR并结合单向自旋霍尔磁阻测量，在Pt-坡莫合金双层膜中直接观测并解释了电流诱导的非线性自旋转矩，为非线性自旋电子器件和时变磁性超材料提供基础。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Second-Order Anomalous Hall Effect and Its Application in Compensated Antiferromagnets
在物理学研究中，纯粹是物理系统固有的响应性质是至关重要的，因为它们探测能带结构的基本性质，并允许定量计算和与实验进行比较。对于磁体中的反常霍尔输运，本征效应可以出现在所施加的电场的第二阶。我们发现，这种本征的二阶反常霍尔效应与一种本征的能带几何性质--动量空间中的Berry连接极化率（BCP）的偶极矩有关。该效应具有标度关系和对称性约束，与先前研究的外部贡献不同。特别地，在具有$\mathcal{PT}$对称性的反铁磁体中，本征效应占主导地位。结合第一性原理计算，我们展示了第一个定量评估的效果在反铁磁体Mn $_{2}$ Au。我们表明，BCP偶极子和由此产生的固有的二阶电导率是明显的带附近的简并。更重要的是，内禀响应对Néel矢量取向具有$2π$周期性的敏感依赖性，这为$\mathcal{PT}$不变反铁磁体中磁序的电检测提供了新的途径。
2021-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of spin diffusion length and spin Hall angle in Au and Pt
研究了铂（Pt）和金（Au）在横向自旋阀结构中的自旋输运和自旋霍尔效应随温度的变化。首先，利用自旋吸收技术，我们提取了Pt和Au的自旋扩散长度。其次，使用相同的设备，我们已经测量了自旋霍尔电导率，并分析其随温度的演变，以确定自旋霍尔效应背后的主导散射机制。这一分析证实，内在机制占主导地位的铂，而外在的影响是更相关的金。此外，我们确定和量化的声子诱导的斜散射。我们表明，这种贡献的斜散射成为相关的金属，如金，具有低的剩余电阻率。
2015-01-16 cond-mat.mes-hall
Giant intrinsic spin Hall effect in the TaAs family of Weyl semimetals
自发现以来，拓扑绝缘体由于其表面态携带的自旋电流具有自旋-动量锁定效应，被认为是理想的自旋电子材料。然而，体掺杂问题仍然是阻碍此类应用的障碍。在这项工作中，我们预测，一个新发现的家庭的拓扑材料，外尔半金属，表现出大的内在自旋霍尔效应，可用于产生和检测自旋电流。我们的$ab~initio$计算揭示了一个大的自旋霍尔电导率，是可比的$4d$和$5d$过渡金属。自旋霍尔效应本质上来源于Weyl半金属的体能带结构，它表现出大的Berry曲率和自旋-轨道耦合，因此拓扑绝缘体中的体载流子问题自然避免。我们的工作不仅为外尔半金属在自旋电子学中的应用铺平了道路，而且为在各种拓扑材料中寻找自旋霍尔效应提供了新的指导。
2016-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
