Quasistatic and Pulsed Current-Induced Switching with Spin-Orbit Torques in Ultrathin Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy
自旋-轨道相互作用产生的自旋力矩提供了一种利用在层的平面中流动的电流来反转垂直磁化的双折射膜的磁化的手段。应用中的一个基本和关键问题是纳秒电流脉冲开关的速度和效率。在这里，我们调查和对比准静态（慢扫电流）和脉冲电流感应开关特性的微米级霍尔十字组成的非常薄的（$<1$ nm）垂直磁化CoFeB层$β$ -Ta。虽然在准静态情况下在阈值电流密度下发现完全磁化反转，但短持续时间（$\leq 10$ ns）较大幅度脉冲（$\simeq 10 \times$准静态阈值电流）仅导致部分磁化反转和畴形成。我们将部分反转与脉冲期间反转畴扩展的有限时间相关联。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torques in Two-Dimensional Rashba Ferromagnets
如果自旋轨道耦合足够强，单畴铁磁体的磁化动力学可以由电荷电流触发。本文应用泛函Keldysh理论研究了二维金属铁磁体中的Rashba自旋轨道矩。一个反应性的，反阻尼的自旋轨道扭矩以及耗散的，类场扭矩计算微观，在自旋轨道相互作用强度的领先顺序。通过计算第一顶点修正，我们表明，除非散射率是自旋相关的，否则固有的反阻尼力矩消失。
2015-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Rashba-Edelstein Spin-Orbit Torque Revealed by Molecular Self-Assembly
我们报告的观察自旋轨道力矩（SOT）起源于表面Rashba-Edelstein效应。我们发现，在一个典型的自旋-轨道电子系统，Pt/Co双层，SOT可以操纵的分子自组装在Pt表面。这表明Pt表面的Rashba自旋-轨道耦合产生了相当大的SOT，这被强的体和界面自旋-轨道耦合所隐藏。我们表明，表面Rashba-Edelstein SOT的分子调谐是一致的密度泛函理论计算。这些结果说明了表面自旋-轨道耦合在SOT产生中的关键作用，它改变了金属自旋-轨道电子器件的前景。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluctuation-Driven Enhancement of Spin-Orbit Torque near the Curie Temperature of Ultrathin Ferromagnets
Emory University（埃默里大学）
研究磁涨落在超薄薄膜磁性异质结构中对自旋轨道扭矩的影响，发现居里温度之上类阻尼贡献增强、场类贡献被抑制，行为与涨落驱动混合一致，该机制可在居里温度以下通过特定方式激活，暗示热辅助磁记录的自旋电子学类似物。
2026-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque driven chiral magnetization reversal in ultrathin nanostructures
我们表明，自旋-轨道力矩诱导的磁化翻转在纳米磁体呈现Dzyaloshinskiii-Moriya（Dzyaloshinskiii-Moriya）相互作用是由在边缘的手性域成核。形核是由外加面内磁场和畴壁扩展引起的。我们的微磁模拟表明，直流开关电流可以被定义为边缘成核电流，它强烈地减少与振幅的增加的双稳。这种描述使我们能够建立一个简单的分析模型，定量预测开关电流。我们发现，域成核发生下降到15 nm的横向尺寸，定义的长度尺度的反转机制，超过该反转机制接近宏观自旋行为。开关是确定性的和双极性的。
2015-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enabling high giant magnetoresistance in simple spin valves with ultrathin seed and free layers
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
通过添加超薄铜种子层，提升简单自旋阀在亚2纳米自由层厚度下的巨磁阻效应，为高信号读出提供新路径。
2026-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Laser-Induced Rashba Spin-Orbit Torques in Multiferroic Semiconductor (Ge,Mn)Te
Charles University（查理大学）；Institute of Physics ASCR, v.v.i.（捷克科学院物理研究所）；Johannes Kepler Universität（约翰内斯·开普勒大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）
本研究针对多铁半导体(Ge,Mn)Te，利用时间分辨磁光光谱发现两种激光诱导的自旋轨道矩，其中第二种为该材料特有，为自旋电子器件的磁有序全光操控提供了新途径。
2026-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Orbital torque and efficient magnetization switching using ultrathin Co|Al light-metal interfaces: Experiments and modeling
Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay（阿尔贝·费尔特实验室，法国国家科学研究中心，泰雷兹集团，巴黎萨克雷大学）
本研究通过实验与建模探讨了超薄Co|Al轻金属界面在轨道扭矩和高效磁化翻转中的作用，揭示了轨道极化生成的关键机制。
2025-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Angular dependence of spin-orbit spin transfer torques
在铁磁体/重金属双层膜中，面内电流会产生自旋-轨道自旋转移矩，该转移矩通常被分解为类场矩和类阻尼矩。对于具有Rashba自旋轨道耦合的二维自由电子和紧束缚模型，当Rashba自旋轨道耦合变得与交换相互作用相当时，类场力矩获得对磁化方向的非平凡依赖性。这种非平凡的角度依赖性的类场转矩有关的费米面失真，由Rashba自旋轨道耦合的交换相互作用的比率。另一方面，当Rashba自旋-轨道耦合与交换相互作用相当或更强时，类阻尼力矩获得非平凡的角度依赖性。这与费米面畸变和费米海贡献的综合作用有关。角度依赖性与实验观察一致，并且对于理解由自旋-轨道自旋转移力矩引起的磁化动力学是重要的
2014-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Currents Induced by Nonuniform Rashba-Type Spin-Orbit Field
本文利用Keldysh格林函数方法研究了非均匀自旋轨道耦合的铁磁金属中的自旋弛豫力矩。在非磁体中，当自旋-轨道耦合不均匀时，弛豫力矩出现。在没有外场的情况下，弛豫力矩诱导的自旋电流与Rashba型自旋轨道场（RSOF）的矢量手征成正比。在外场的存在下，另一方面，自旋弛豫力矩产生于外场和矢量手征的耦合的SROF。我们的结果表明，自旋阱或源效应的控制，通过设计的结中的SSOF。
2011-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of torques from orbital Rashba textures: the case of Co/Al interfaces
Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay（阿尔伯特·费尔特实验室，法国国家科学研究中心，泰雷兹集团，巴黎萨克雷大学）；Aix-Marseille Université, CNRS, CINaM（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，中性物质化学研究所）
研究通过轨道Rashba-Edelstein效应揭示Co/Al界面强轨道扭矩的产生机制，并探讨Pt层对扭矩抑制的影响。
2025-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin-orbit torques in a Rashba honeycomb antiferromagnet
近年来，利用电流脉冲实现反铁磁畴反转的实验引起了人们对反铁磁体自旋轨道力矩的广泛关注。在这项工作中，我们采用紧束缚模型求解器，kwant，计算的自旋轨道力矩在一个蜂窝晶格上的二维反铁磁体与强自旋轨道相互作用的Rashba型。我们的模型结合了自旋-轨道相互作用，局部s-d-like交换，以及传导电子在原位无序势上的散射，提供了一个角动量弛豫的微观机制。我们考虑两个版本的模型：一个保存和一个破碎的子晶格对称性。一个非平衡交错极化，这是所谓的尼尔自旋轨道扭矩负责，示出消失相同的对称模型，但可能会成为有限的，如果亚晶格对称性被打破。类似地，反阻尼自旋轨道力矩在对称模型中消失，但在亚晶格对称性破缺的模型中变为有限和各向异性。正如预期的那样，反阻尼扭矩也揭示了相当大的依赖于杂质浓度。我们的数值分析也证实了自旋轨道力矩的对称性分类和由于电子动量的面内限制而导致的强力矩各向异性。
2019-11-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning spin-charge interconversion with quantum confinement in ultrathin Bi/Ge(111) films
自旋-电荷互变（SCI）现象在自旋电子学领域引起了越来越多的兴趣，作为检测自旋电流或操纵铁磁体磁化强度的手段。利用这些资产的关键因素是巨大的转换效率，可扩展到纳米尺度以及与光电和自旋电子器件的集成性。在这里，我们表明，当外延生长的锗（111）衬底上的纳米Bi膜，量子尺寸效应出现在纳米Bi岛大幅提高SCI效率，即使在室温下。使用X射线衍射（XRD），扫描隧道显微镜（STM）和自旋和角度分辨光电发射（S-ARPES），我们得到了一个清晰的图片的薄膜形态，晶体学和电子结构。然后，我们利用Rashba-Edelstein效应（REE）和逆Rashba-Edelstein效应（IREE）直接量化的SCI效率使用光学和电自旋注入。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Nonperturbative approach to interfacial spin-orbit torques induced by Rashba effect
普通金属/铁磁体（NM/FM）双层膜中的电流感生自旋轨道矩（SOT）具有很好的技术应用前景，但超薄系统中纯界面SOT的微观起源尚未完全了解。在这里，我们表明，一个线性响应理论与非微扰处理自旋相关的相互作用和杂质散射势预测阻尼样SOTs是严格缺乏微扰方法。该技术被应用到一个二维Rashba耦合铁磁体（NM/FM接口的范例模型），其中高阶散射过程编码斜散射从doppler杂质允许电流诱导的自旋极化与非零组件沿所有空间方向。这与微扰方法（忽略斜散射）的先前结果形成鲜明对比，微扰方法预测作为常规Rashba-Edelstein效应的结果的垂直于电荷电流锁定的共面自旋极化。此外，随后的SOTs的角度依赖性和它们的散射势强度的依赖性进行了数值分析。简单的解析表达式的自旋密度-电荷电流响应函数，和相关的SOT效率，得到在弱散射限制。我们发现，由杂质散射驱动的非本征阻尼扭矩达到高达7%的场（Rashba-Edelstein）扭矩的效率。我们的微观理论表明，散装现象，如自旋霍尔效应，是不是在超薄系统的实验中观察到的类型的阻尼类SOTs的产生的必要性。
2022-08-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-local field-like spin-orbit torques in Rashba systems: an ab-initio study of Ag$_{2}$Bi/Ag/Fe film
从第一性原理出发，研究了在铁磁Fe（110）衬底上生长的Ag $_{2}$ Bi端Ag（111）薄膜中的类场自旋轨道矩（SOTs）.我们发现，SOT的很大一部分来自远离Fe层的Ag $_{2}$ Bi层中的自旋轨道相互作用（SOI）。这些结果清楚地暗示了在垂直于膜的方向上的长范围自旋转移，其不源于自旋霍尔效应。为了使证据的非本地字符的计算SOT，我们表明，作用在Fe层上的扭矩可以通过在Ag $_{2}$ Bi层中引入Bi空位来设计。总体而言，我们发现一个激烈的依赖SOT的无序类型，我们解释了一个复杂的相互作用的不同贡献的SOT在布里渊区。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced spin-orbit field in permalloy interfaced with ultrathin Ti and Cu
自旋轨道扭矩如何从具有弱自旋轨道耦合的材料中出现（例如，轻金属）是自旋电子学中的一个未决问题。在这里，我们报告了一个类似场的自旋轨道扭矩（即，横向于电流轴的平面内自旋轨道场），其中顶部Py-SiO $_2$界面结合有Ti或Cu。在SiO $_2$ /Py/Ti/SiO $_2$和SiO $_2$ /Py/Cu/SiO $_2$中，该自旋轨道场与经典奥斯特场相反。虽然自旋轨道场的大小至少是奥斯特场的3倍，但我们没有观察到SiO $_2$ /Py/Ti/SiO $_2$或SiO $_2$ /Py/Cu/SiO $_2$中存在明显的阻尼类扭矩的证据。我们的研究结果指出，贡献的Rashba-Edelstein效应或自旋轨道进动（Ti，Cu）插入接口。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Rashba-Edelstein Effect-Induced Spin-Orbit Torques in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenide/Ferromagnet Bilayers
二维材料的电子和光电性质已经在石墨烯和层状过渡金属二硫属化物（TMD）中被广泛探索。这些二维材料中的自旋电子学可以为未来的电子学提供新的机会，例如，有效地产生自旋电流，这应该能够有效地操纵磁性元件。到目前为止，在二维材料附近的磁性层上的电荷电流感生的自旋电流和自旋轨道矩（SOTs）的定量测定仍然缺乏。本文报道了在单层TMD（MoS $_2$或WSe $_2$）/CoFeB双层复合膜中，电流诱导自旋积累通过Rashba-Edelstein效应产生的大的SOT。对应于SOT的有效自旋电导率几乎与温度无关。我们的研究结果表明，在化学气相沉积生长的大规模单层TMD的电荷-自旋转换可能会导致高的能量效率的磁化反转和方便的设备集成为未来的自旋电子学的基础上的二维材料。
2018-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the large contribution from orbital Rashba effect to the effective damping-like torque on magnetization
本文通过谐波 Hall、自旋 Hall 磁阻和 THz 实验量化界面轨道 Rashba 效应，证明其可显著增强 Co 层的有效类阻尼转矩并实现节能磁化操控。
2024-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Demonstration of the Co-existence of the Spin Hall and Rashba Effects in beta-Tantalum/Ferromagnet Bilayers
我们已经在室温下使用FMR技术测量了β-Ta/Co_（20）Fe_（60）B_（20）双层膜的自旋扭矩与Ta厚度的关系。自旋霍尔系数的计算都从观察到的变化与Ta厚度的铁磁体的阻尼系数，并从FMR信号的对称和反对称分量的比率。这两种方法的结果分别得出自旋霍尔系数为-0.090+/-0.005和-0.11+/-0.01。我们还确定了一个显着的面外自旋扭矩来自Ta，这是恒定的Ta厚度。我们将此归因于界面自旋轨道耦合，或Rashba效应，由于强度和恒定的扭矩与Ta厚度。通过将测量数据拟合到包括界面自旋轨道耦合的模型，我们确定β-钽的自旋扩散长度为~2.5 nm。
2014-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric skyrmion-antiskyrmion production in ultrathin ferromagnetic films
具有受抑交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的超薄铁磁体可以支持拓扑孤子，如skyrmions和反skyrmions，它们是亚稳态的，可以被认为是粒子-反粒子对应物。当自旋轨道力矩被施加时，一个孤立的反克尔米子的运动被驱动超过其沃克极限，可以产生skyrmion-antiskyrmion对。在这里，我们使用原子自旋动力学模拟揭示在这对生成的散射过程。在某些条件下，这些粒子和反粒子的增殖可能会出现增长率和生产不对称性，这取决于手征相互作用的强度和自旋轨道转矩的耗散分量。这些特征在很大程度上是由反克尔米离子之间的散射过程决定的，这些散射过程可以是弹性的，也可以导致束缚态或湮灭。
2020-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence of Crystal-Field-Mediated Anisotropic Orbital Rashba Effect in Epitaxial Ru/FM Heterostructure
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Beihang University（北京航空航天大学）
研究针对轨道Rashba纹理控制难题，在Ru/铁磁异质结构中证实晶体场介导的各向异性轨道Rashba效应，明确界面晶体场相干性对轨道力矩的关键作用，为轨道力矩调控提供新途径。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Intrinsic spin orbit torque in a single domain nanomagnet
我们目前的理论研究的内在自旋轨道力矩（SOT）在一个单畴铁磁层与Rashba自旋轨道耦合（SOC）使用非平衡格林函数形式主义的模型哈密顿量。我们发现，在SOC的一阶，本征SOT只有类场的扭矩对称性，可以解释为纵向自旋电流感应的充电电流和Rashba场。我们分析的结果中的电子结构，如带填充，带宽，交换分裂，以及Rashba SOC强度的材料相关的参数。在此基础上，我们讨论了SOT的大小和符号。我们的研究结果表明，在相同的铁磁层与不同的支撑层，如Co/Pt和Co/Ta，SOT的不同的迹象，可以归因于静电掺杂的铁磁层的支持。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The dominancy of damping like torque for the current induced magnetization switching in Pt/Co/W multilayers
两类自旋轨道耦合（SOC）机制被认为是自旋轨道矩（SOT）的候选源：强SOC重金属中的自旋霍尔效应（SHE）和由材料表面和界面的反转对称性破缺引起的Rashba效应。在这项工作中，我们研究了垂直磁化的Pt/Co/W薄膜的SOT，并与Pt/Co/AlOx薄膜的结果进行了比较。理论上，在自旋霍尔角符号相反的三层非对称结构的情况下，由于SHE和Rashba效应引起的类阻尼力矩和类场力矩都将得到增强。利用谐波测量，我们表征了类阻尼力矩和类场力矩对应的有效场，但我们发现类阻尼力矩在Pt/Co/W薄膜中占主导地位。这与Pt/Co/AlOx薄膜中的结果有很大的不同，在Pt/Co/AlOx薄膜中，类阻尼扭矩和类场扭矩都很强。
2018-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Intertwined Rashba, Dirac and Weyl Fermions in Hexagonal Hyperferroelectrics
通过基于密度泛函理论的计算，我们研究了自旋轨道耦合在ABC超铁电体新家族中的作用[Phys.Rev.Lett. 112，127601（2014）]。我们揭示了一个非常丰富的物理与铁电性能密切相关，从电控制体Rashba效应的存在，一个三维的拓扑绝缘体相，伴随拓扑表面状态，即使在薄膜极限。此外，我们预测，拓扑结构的转变，诱导合金化，其次是外尔半金属相的有限浓度扩展，这是强大的对无序，提出超铁电体作为有前途的候选人自旋轨道电子应用。
2016-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Formation of Ideal Rashba States on Layered Semiconductor Surfaces Steered by Strain Engineering
二维电子系统中Rashba态的自旋劈裂为自旋电子学的应用提供了一种很有前途的自旋操纵机制。然而，到目前为止，实验上实现的Rashba状态在相同的能量范围内经常被自旋简并的衬底状态超过，阻碍了它们的实际应用。通过密度泛函理论计算，我们证明了在层状半导体表面β-InSe（0001）上沉积Au单层膜，可以得到自旋分裂较大的“理想”Rashba态，这些Rashba态完全位于衬底的大带隙内。Rashba带的位置可以在很宽的范围内调整相对于基板带边缘的实验可访问的应变。此外，我们的非平衡格林函数输运计算表明，该系统可能会产生长期寻求的强电流调制时，制成的Datta-Das晶体管的设备。类似的系统可以用其他金属氧化物膜和分层半导体衬底来识别，以实现理想的Rashba状态。
2015-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Self-current induced spin-orbit torque in FeMn/Pt multilayers
铁磁金属/重金属双层膜的自旋-轨道矩的研究以及利用面内电流实现磁化翻转的研究已经得到了广泛的关注。由于自旋-轨道矩与铁磁层的厚度成反比，因此只有在具有双磁性层的双层膜中才能实现相当大的效应。在这里，我们证明，通过交替堆叠超薄Pt和FeMn，FeMn/Pt多层膜可以同时实现铁磁性能和电流诱导的自旋轨道扭矩，而对其总厚度没有任何限制。这些多层膜的临界行为严格遵循具有有限居里温度分布的三维海森堡模型。自旋力矩有效场比具有相同等效NiFe厚度的NiFe/Pt双层膜的自旋力矩有效场大约4倍。自电流产生的自旋扭矩能够可逆地切换磁化，而不需要外部场或厚的重金属层。去除厚度限制和使用相邻重金属层的必要性为实际应用中利用自旋轨道扭矩开辟了新的可能性。
2016-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locking and ultrafast spin-charge conversion in ultrathin epitaxial Bi$_{1-x}$Sb$_x$ topological insulator
三维拓扑绝缘体表面态的螺旋性在自旋电子学中引起了极大的关注，这是由于自旋-动量锁定，其中载流子的自旋垂直于它们的动量。这种性质可以提供一种有效的方法，通过Rashba-Edelstein效应将电荷电流转换为自旋电流，反之亦然。然而，这些表面状态的自旋-电荷转换的实验签名是非常困难的解开从体状态的贡献。在这里，我们结合自旋和角度分辨的光电子能谱，时间分辨的太赫兹发射光谱，以明确地表明，自旋电荷转换产生的Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态，下降到几个纳米的限制效应出现。我们关联这个大的转换效率，通常在重金属的体自旋霍尔效应的水平，复杂的费米表面从逆Rashba-Edelstein响应的理论计算获得。我们证明了这一点，薄膜厚度下降到几个纳米，在外延Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态鲁棒性和相当大的转换效率带来了新的前景，超低功率磁随机存取存储器和宽带太赫兹产生。
2023-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Linear Enhancement of Spin-Orbit Torques and Absence of Bulk Rashba-Type Spin Splitting in Perpendicularly Magnetized [Pt/Co/W]n Superlattices
本文开发了可溅射沉积于商用氧化硅衬底的[Pt/Co/W]n超晶格，其SOT随n线性增强并在n=12时达到巨值，证明SOT主要源于自旋霍尔效应而非体Rashba效应，并实现了低电流密度下的确定性磁化翻转，为高性能自旋电子存储与计算提供了有力候选材料。
2024-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Effect of magnons on the temperature dependence and anisotropy of spin-orbit torque
我们研究了磁振子对自旋轨道矩（SOT）的温度依赖性和各向异性的影响。为了这个目的，我们使用3阶微扰理论的框架中的Keldysh形式主义，以获得合适的方程来计算磁振子SOT。我们发现几个贡献的磁振子SOT，这取决于不同的自旋波刚度$\mathcal{A}$和温度$T$，与占主导地位的贡献缩放像$T^{2}/\mathcal{A}^{2}$。基于这种形式主义，我们计算的磁振子SOT在铁磁Rashba模型。对于大的Rashba参数的磁振子SOT是强烈的各向异性和小准粒子加宽它可能会变得比非磁振子SOT大。
2021-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of spin-orbit-torque-assisted magnetization dynamics in Co/Pt bilayers: Importance of the orbital torque
本研究结合第一性原理计算与原子尺度自旋动力学模拟，定量分析Pt/Co双层膜中的自旋与轨道矩，揭示被忽视的诱导轨道矩及界面Pt矩对磁化翻转的关键作用。
2025-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Maximizing spin-orbit torque efficiency of Ta(O)/Py via modulating oxygen-induced interface orbital hybridization
由界面Rashba效应和自旋霍尔效应引起的自旋-轨道矩被广泛认为是一种比传统的自旋转移矩更有效的控制铁磁体磁化强度的方法。通过对\b{eta}相钽的低氧化，对Ta（O）/Ni_（81）Fe_（19）双层膜的自旋-轨道矩效率进行了研究，发现Ta（O）/Py的自旋霍尔角θDL从纯Ta/Py的~ -0.18增加到Ta（O）/Py的最大值~ -0.30。此外，我们区分体自旋霍尔效应和界面Rashba效应产生的自旋轨道力矩的效率，分别通过一系列的Py/Cu（0-2 nm）/Ta（O）控制实验。在最佳氧化水平下，后者比前者有2倍以上的增强作用，甚至更为显著。我们的研究结果表明，65%的效率的提高应涉及到调制的界面Rashba类自旋轨道扭矩由于氧诱导的轨道杂化跨界面。我们的研究结果表明，通过氧诱导的轨道杂化的界面耦合的调制可以是一种替代的方法，以提高改变自旋转换率。
2020-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin Hall Switching of the Magnetization in Ta/TbFeCo Structures with Bulk Perpendicular Anisotropy
首次研究了具有体垂直磁各向异性（bulk-PMA）的Ta/TbFeCo图形结构中的自旋-轨道力矩。研究了在垂直场、纵向场和横向场存在下的电流诱导磁化翻转。为了排除焦耳热效应，切换的磁化也证明使用电流脉冲。发现与自旋霍尔效应相关的反阻尼力矩很强，得到了约为0.12的自旋霍尔角。在这种结构中，与Rashba效应相关的类场扭矩可以忽略不计，这表明界面在类Rashba扭矩中起着重要作用。
2015-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Oxide layer dependent orbital torque efficiency in ferromagnet/Cu/Oxide heterostructures
本研究针对轨道转矩效率的决定机制问题，系统探究不同氧化物下Cu/氧化物界面轨道Rashba-Edelstein效应主导的轨道转矩变化，发现其变化幅度约2倍，且Cu与氧的电子跃迁是关键因素，为界面手性轨道Rashba织构的材料设计提供依据。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric Pt/Co/Pt structure as a platform for extracting pure spin Hall torque
我们定量研究了纯自旋霍尔效应产生的自旋-轨道扭矩在很宽的温度范围内，通过强化消除Rashba自旋-轨道扭矩使用Pt/Co/Pt三层与非对称的顶部和底部的Pt层的厚度。通过对电流感生有效场的矢量测量，证实了Rashba效应的微小贡献。为了精确测定自旋霍尔力矩的大小，通过在SiO2和Gd 3Ga 5 O 12（GGG）衬底上制备对称的Pt/Co/Pt结构，验证了自旋霍尔力矩的完全消除.尽管GGG衬底上的自旋霍尔扭矩完全抵消，但即使当SiO2衬底上的顶部和底部Pt层具有相同的厚度时，自旋霍尔扭矩也不能完全抵消，这表明GGG衬底上的Pt/Co/Pt三层是用于精确测量自旋霍尔扭矩的合适系统。Pt/Co/Pt/GGG在300 ~ 10 K范围内的矢量测量结果表明，自旋霍尔矩几乎与温度无关，这在Pt的自旋霍尔角与温度无关的假设下定量地再现了这一点。
2016-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Externally controlled and switchable 2D electron gas at the Rashba interface between ferroelectrics and heavy $d$ metals
在非中心对称材料和界面中，强的自旋-轨道耦合导致了一些显著的物理现象，如非平凡的自旋织构，它可能表现为Rashba、Dresselhaus和其他复杂的组态。这为非易失性自旋电子器件的研究提供了一个有希望的基础。本文从第一性原理出发，模拟了生长在铁电体PbTiO $_3$（001）上的双金属铂钯层中的二维电子气。后者原则上允许通过极化反转来切换和控制自旋-电荷转换。我们展示了如何能带结构和Rashba分裂不同的Pt和Pd的覆盖层，以及这些电子功能的变化与增加的覆盖层厚度和极化反转后。此外，对于这两种覆盖层，我们模拟了它们的电流-电压（$I-V$）特性，其电阻在极化反转时在20%和几百%之间变化。研究结果可直接用于Rashba-Edelstein效应的建模。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torque and Magnetization Switching in 2D Ferromagnetic Devices
National Central University（中央大学）；McGill University（麦吉尔大学）
通过第一性原理计算研究范德华异质双层Cr3Te4/PtTe2中的非平衡自旋转矩，发现局域自旋感应产生类场转矩主导面内磁各向异性体系的翻转电流，并强调优化NM层自旋霍尔效应和FM层Rashba效应分别对垂直和面内磁各向异性翻转的重要性。
2026-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Charge-Spin Conversion and Magnetization Switching though Rashba Effect at Topological Insulator/Ag Interface
利用自旋矩铁磁共振技术在三维拓扑绝缘体（TI）Bi 2Se 3和Ag双层膜中观察到了有效的电荷-自旋转换. Bi 2Se 3/Ag/CoFeB异质结构中的自旋轨道扭矩比随着Ag厚度增加到约2nm而显示出显著增强，并且对于5 nm的Ag达到0.5的值，其在室温下比Bi 2Se 3/CoFeB的自旋轨道扭矩比高约3倍。结果表明，Bi 2Se 3/Ag的界面效应超过了Bi 2Se 3层的拓扑表面态（TSS），并在Bi 2Se 3/Ag/CoFeB系统的电荷-自旋转换中起主导作用.基于第一性原理计算，我们将我们的观察归因于大的Rashba分裂带包裹TSS带，并具有相同的净自旋极化方向的TSS的Bi 2 Se 3。随后，我们第一次证明了在5.8 × 10^5 A/cm 2的低电流密度下Bi 2Se 3/Ag/Py中的Rashba诱导磁化翻转。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Spin-to-Charge Conversion in Ultrathin Gold-Silicon Multilayers
在过去的十年中，由于金结合了大的体自旋扩散长度和强的界面自旋轨道耦合的性质，对金中的自旋霍尔效应的研究引起了越来越多的兴趣。然而，文献中报道的金的自旋霍尔角的值之间的差异带来了问题的自旋霍尔效应在Au的微观起源。在这里，我们调查的自旋电荷转换效率的厚度依赖性在单一的Au膜和cross-Au/Si多层膜的非局域传输和自旋扭矩铁磁共振测量。我们发现，自旋电荷转换效率大大提高，在cross-Au/Si多层膜，达到非常大的值0.99 +/- 0.34时，个别Au层的厚度按比例缩小到2 nm。这些发现揭示了强的界面自旋轨道耦合效应的共存，成为占主导地位的金，和体自旋霍尔效应与一个相对较低的体自旋霍尔角为0.012 +/- 0.005。我们的实验结果表明，Rashba-Edelstein效应的自旋-电荷转换中的关键作用，在CuAu。
2021-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation and the Elliott-Yafet parameter in W(001) ultrathin films: surface states, anisotropy and oscillation effects
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了W（001）外延薄膜的自旋弛豫。在Elliott-Yafet理论的框架内，我们计算了Bloch态的自旋混合，并明确地考虑了自吸附原子的自旋翻转散射。我们发现了自旋混合参数和弛豫速率随薄膜厚度的振荡行为，我们可以追溯到表面态性质。我们还分析了表面态所经历的Rashba效应，并讨论了它对自旋弛豫的影响。最后计算了自旋弛豫速率随激发态自旋布居极化方向的各向异性。我们发现，自旋弛豫率可以增加多达47%时，自旋极化是指向平面外，相比的情况下，当它是在平面内。我们的计算是基于Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法的多重散射形式。
2013-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative characterization of spin-orbit torques in Pt/Co/Pt /Co/Ta/BTO heterostructure on the magnetization azimuthal angle dependence
深入理解重金属/铁磁体异质结构中的自旋-轨道相互作用对于利用自旋霍尔和Rashba效应开发自旋-轨道矩自旋电子学器件至关重要。虽然SOT有效场对面外磁化角依赖性的研究已经比较广泛，但对面内磁化角依赖性的理解仍然未知。在这里，我们解析地提出了一种方法来计算SOT的有效字段作为在垂直磁各向异性（PMA）结构中使用谐波霍尔技术的面内磁化角的函数。利用推导的公式研究了两种不同的PMA样品，Pt/Co/Pt/Co/Ta/BaTiO_3（BTO）测试样品和Pt/Co/Pt/Co/Ta参考样品。我们的测量结果表明，只有测试样品与BTO帽层的阻尼场表现出面内磁化角的依赖性，而没有角度的依赖性被发现在参考样品。BTO层的存在下，在测试样品中，这引起了在界面处的Rashba效应，归因于作为阻尼场的角度依赖性的源。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative analysis of vectorial torques in thin 3d Co ferromagnet using orbital-spin conversion
本研究采用二次谐波霍尔技术，定量分析含自然氧化铜层与铂轨道-自旋转换层的钴铁磁体系中轨道与自旋电流的转矩贡献，证实界面轨道电流的产生机制及作用尺度。
2025-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Analytical expression for the harmonic Hall voltages in evaluating spin orbit torques
对电流感应转矩的深入理解是发展双磁性异质结构中电流和电压控制磁化动力学的关键。需要一种通用的技术来评估各种系统中的这种扭矩。在这里，我们检查绝热（低频）谐波霍尔电压测量，最近已经发展到研究电流感生的有效场，起源于自旋轨道效应。我们解析推导出一种形式，可用于评估谐波霍尔电压，并提取相关参数在两个代表性的系统，即出平面和在平面磁化系统。考虑了反常霍尔效应和平面霍尔效应的贡献。
2013-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Walker solution for Dzyaloshinskii domain wall in ultrathin ferromagnetic films
我们分析了在界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用以及面外和面内单轴各向异性存在的情况下，垂直磁化的铁磁薄膜中的电流和磁场驱动的畴壁运动.我们获得了由于自旋转移力矩和面外磁场而以恒定速度移动的一维畴壁形式的精确解析沃克型解。这些解决方案被嵌入到一个更大的家庭的传播解决方案的数值。在所考虑的模型中，我们发现畴壁速度对材料参数的依赖关系，并证明，增加面内各向异性可能会产生畴壁移动速度超过500米/秒，在现实的材料在中等的领域和电流。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial spin-orbit torque without bulk spin-orbit coupling
存在自旋-轨道耦合时的电流可以产生自旋累积，其对附近的磁化施加转矩。我们证明，即使在没有材料与强大的体自旋轨道耦合，扭矩可以出现仅仅是由于界面自旋轨道耦合，即Rashba-Eldestein效应在金属/绝缘体界面。在夹在弱自旋轨道金属（Ti）和绝缘体（Al $_2$ O $_3$）之间的软磁NiFe中，该扭矩表现为有效场，其显著大于奥斯特场并且对在NiFe和Al $_2$ O $_3$之间插入附加层敏感。我们的研究结果指出了通过工程界面电偶极子调整自旋轨道扭矩的新途径。
2016-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in Co/Pd multilayer nanowires
研究了由20 nm厚的Co/Pd多层膜制成的具有垂直磁各向异性的铁磁纳米线的电流感生自旋轨道力矩。使用霍尔电压和锁定测量，发现在注入电流时，在平面内（Slonczewski样）和垂直（场样）扭矩在纳米线中建立。的扭矩效率被发现是高达1.17 kOe和5 kOe在108 A/cm 2的面内和垂直分量，分别为，这是令人惊讶地与以前的研究中的磁性双层膜（~ 1 nm）。我们发现，这一结果不能解释单独的自旋霍尔效应引起的扭矩在外界面，表明可能的贡献的大部分的Co/Pd多层。
2013-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Matching domain wall configuration and spin-orbit torques for very efficient domain-wall motion
在我们的数值研究中，我们确定了有效的磁畴壁运动的最佳条件的自旋-轨道扭矩源于自旋霍尔效应或Rashba效应。我们证明了这种效应主要取决于畴壁结构，电流注入方案和自旋轨道矩的对称性。最好的识别配置对应于Néel壁驱动的自旋霍尔效应在一个狭窄的带垂直磁各向异性。在这种情况下，畴壁速度可以是常规电流面内自旋转移力矩的10倍。
2012-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin ferrimagnetic GdFeCo films with very low damping
铁磁材料作为自旋电子器件中的磁活性元件占主导地位，但具有诸如大杂散场和低操作频率的缺点。补偿亚铁磁体提供了一种替代方案，因为它们将反铁磁体的超快磁化动力学与铁磁体类自旋轨道扭矩（SOT）行为相结合。然而，为了在自旋电子器件中使用亚铁磁体，它们的有利性质必须在非晶薄膜（t < 10 nm）中也被保留。在本研究中，在高阻Si（100）衬底上生长了厚度为t = 2-20 nm的铁磁Gdx（Fe 87.5Co 12.5）1-x薄膜，并在室温下用宽带铁磁共振测量方法进行了研究。通过调整它们的化学计量比，在2nm的Gdx（Fe_（87.5）Co_（12.5））_（1-x）Sr_2O_3薄膜中首次观察到了近似补偿的行为，其有效磁化强度为Meff = 0.02 T，有效吉尔伯特阻尼常数为α = 0.0078，与迄今报道的30 nm薄膜的最低值相当。这些结果为超快和节能的亚铁磁自旋电子器件的发展展示了巨大的前景。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Direct band gap and strong Rashba effect in van der Waals heterostructures of InSe and Sb single layers
通过堆叠不同类型的二维材料形成的范德华异质结构由于诸如层间激子等新的物理性质而引起越来越多的关注。最近合成的原子薄硒化铟（InSe）和锑（Sb）分别表现出有趣的电子特性，如高电子迁移率在前者和高空穴迁移率在后者。在这项工作中，我们提出了第一性原理研究的稳定性和电子性质的双层异质结构组成的InSe和Sb单层。计算的电子能带结构揭示了InSe/Sb异质结构的直接带隙半导体性质，与堆叠模式无关。在考虑自旋轨道耦合的情况下，我们发现在导带底部存在一个较大的Rashba自旋劈裂，这是由于异质结中原子的自旋轨道耦合引起的对称性破缺。Rashba自旋分裂的强度可以通过施加面内双轴应变或面外电场来调节。由于InSe/Sb双层异质结构具有较大的Rashba自旋分裂和合适的禁带宽度，使其成为自旋场效应晶体管和光电子器件的理想材料。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface-induced field-like optical spin torque in a ferromagnet/heavy metal heterostructure
利用光学螺旋度调控金属铁磁体的磁化强度是未来光自旋电子器件的研究热点。近年来，在铁磁薄膜中观测到了光学螺旋度对磁化强度的诱导力矩{ \it光学自旋力矩}。然而，铁磁/重金属异质结构中的光学自旋力矩的界面效应迄今尚未得到解决，其被广泛用于通过电学手段有效地控制磁化。在这里，我们研究了铁磁/重金属异质结中的光学自旋力矩矢量，并观察到面内场的光学自旋力矩随着铁磁层厚度的减小而显著增加。用结构反转对称性破缺引起的光学Rashba-Edelstein效应解释了类界面场光学自旋矩。这项工作将有助于有效的光学操纵的薄膜纳米磁体使用光学螺旋。
2021-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of spin transparency by interfacial alloying
我们报告说，原子层合金化（混合）在Pt/Co界面可以增加，约30%，而不是降低界面的自旋透明度，从而加强的dampinglike自旋轨道扭矩所产生的自旋霍尔效应在Pt的效率。同时，这种界面合金化大大降低了类场自旋轨道扭矩。在重金属/铁磁体界面处插入磁性合金层是改善界面自旋透明性的有效方法，其不仅可以增强自旋-轨道力矩，而且可以增强反自旋霍尔实验中的自旋检测效率。
2019-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-Optical Analysis of Magnetic Anisotropy in Ultrathin Tm$_{3}$Fe$_{5}$O$_{12}$/Pt Bilayers
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；National Yang-Ming Chiao-Tung University（阳明交通大学）；Academia Sinica（中央研究院）
研究超薄TmIG/Pt双层磁各向异性，发现Pt覆盖层显著改变各向异性场，界面各向异性起关键作用。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque and spin pumping in YIG/Pt with interfacial insertion layers
实验研究了在Y-$_3$-Fe-$_5$-O $_{12}$（YIG）/Pt双层膜中引入双金属插入层后的自旋-轨道矩和自旋泵效应. Cu的插入层抑制自旋-轨道扭矩和自旋泵浦，而Ni $_{80}$ Fe $_{20}$（坡莫合金，Py）的插入层以与两个自旋传输过程的互易性定量一致的方式增强它们。然而，我们观察到一个大的增强吉尔伯特阻尼与Py的插入，不能单独占自旋泵，这表明显着的自旋记忆损失由于界面磁性层。我们的研究结果表明，在YIG-金属界面的磁化强烈影响纯自旋电流的传输和去极化。
2018-04-29 cond-mat.mtrl-sci
