Origin of the hump anomalies in the Hall resistance loops of ultrathin SrRuO$_3$/SrIrO$_3$ multilayers
在SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$外延双层膜中可以形成非常小的Néel skyrmions，并且在栅控器件中可以利用电场效应来操纵这些skyrmions，这极大地促进了最近对SrRuO $_3$异质结构的研究.强的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，结合反转对称性的破缺，被认为是SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜中skyrmion形成的驱动力.在这里，我们研究了名义上对称的异质结构，其中一个铁磁SrRuO $_3$层被夹在大的自旋-轨道耦合SrIrO $_3$层，其中的条件是不利于出现净界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。以前的skyrmions的形成在不对称的SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层推断从异常霍尔电阻回路显示类似拓扑霍尔效应贡献的驼峰状功能。对称的SrIrO $_3$ /SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$三层膜在霍尔环中不显示驼峰异常。然而，对称多层膜的异常霍尔电阻环（其中三层膜多次堆叠）确实表现出类似于非对称SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜的驼峰状结构。霍尔效应环异常的起源可能存在于不可避免的差异，在电子和磁性的个别SrRuO $_3$层，而不是在形成的skyrmions。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Momentum-Space and Real-Space Topological States in Metallic Strontium Ruthenate Ultrathin Films
本文通过研究超薄SrRuO3/SrIrO3异质结构，证实超薄SrRuO3在单层极限下仍保持金属性和拓扑能带结构，并排除了THE的双通道解释，为其中斯格明子的存在提供了证据。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall effect at the spontaneously electron-doped polar surface of PdCoO2 ultrathin films
我们揭示了电输运通过表面铁磁态的金属PdCoO2。PdCoO2的Pd终止表面的电子重构诱导Stoner类铁磁态，这可能导致PdCoO2中的高导电电子之间的自旋相关现象。制备了一系列纳米厚的PdCoO2薄膜，我们通过系统的厚度和终止相关的测量检测到表面磁化驱动的异常霍尔效应。此外，我们还讨论了电子掺杂CoO2三角晶格中的有限磁矩可能引起额外的非常规霍尔电阻。
2019-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Oxygen-Octahedral-Tilting-Driven Topological Hall Effect in Ultrathin SrRuO3 Films
拓扑自旋纹理作为一类新兴的拓扑物质，为信息的存储和处理提供了一种媒介。最近发现的拓扑霍尔效应（THE）被认为是电探测非平凡自旋织构的指纹。但是氧化物中THE的起源仍然难以捉摸。在这里，我们报告的观察THE的单位细胞。u.c.）在SrTiO 3（001）衬底上生长的4d铁磁SrRu O 3薄膜，这可以归因于自旋结构的手性有序（即，Skyrmion状）而不接触5d氧化物SrIrO 3层。结果表明，在SrRuO 3/SrTiO 3界面上存在由局部正交-四面体结构相变引起的RuO 6八面体倾斜，从而自然地破坏了反转对称性.我们的理论计算表明，Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用的出现，由于破缺的反转对称性和强的自旋轨道相互作用的4d SrRuO 3。这种DM相互作用可以稳定Néel型磁skyrmions，这反过来又解释了在运输中观察到的THE。RuO 6八面体倾斜诱导的DM相互作用提供了一条通往拓扑自旋织构和所得THE的电控制的途径，这在实验和理论上都得到了证实。除了基本意义外，本工作中对氧化物中THE及其电学操纵的理解可以推进低功耗拓扑电子学和自旋电子学应用。
2018-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Size effects and conductivity of ultrathin Cu films
我们提出了一个模型，用于描述金属薄膜的输运性质的大尺度板厚。该模型基于在密度泛函理论的框架内使用{ \it ab initio}计算在弛豫时间近似下求解线性化Boltzmann方程。的弛豫时间的表达式是来自散射过程的微观处理，并提供了正确的厚度依赖性非常薄，以及非常厚的膜。应用该方法计算了1 ~ 32个单层厚度范围内的Cu（001）薄膜的面内电导率和Drude型等离子体频率。
2004-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Controllable thickness inhomogeneity and Berry-curvature-engineering of anomalous Hall effect in SrRuO3 ultrathin films
在电子-电子关联和自旋-轨道耦合的量子物质中，由竞争基态引起的空间不均匀性对于确定和理解拓扑性质是必不可少的。一个突出的例子是在SrRuO 3薄膜中观察到的霍尔异常，这被解释为磁skyrmion诱导的拓扑霍尔效应（THE）或非均匀异常霍尔效应（AHE）。为了澄清这一模糊性，我们系统地研究了AHE的SrRuO 3薄膜的膜厚（tSRO）的可控不均匀性。通过利用SrRuO 3薄膜的阶梯流动生长，我们诱导微观有序条纹与一个单位晶胞的差异，在tSRO。由此产生的动量空间Berry曲率的空间分布使得能够实现双通道AHE，其示出类似于THE的驼峰状异常，并且可以通过tSRO的子单位单元控制来连续地工程化。在这些不均匀的SRO薄膜中，我们在显微镜下发现了两步磁开关和条状铁磁畴。这些特征是区分双通道AHE和Skyrmion诱导的THE的指纹。
2019-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrathin SnTe films as a route towards all-in-one spintronics devices
基于附接到铁磁电极的半导体沟道的自旋晶体管遭受快速自旋衰减和极低的自旋注入/检测效率。在这里，我们提出了一种替代的所有功能于一身的自旋器件，其工作原理依赖于二维（2D）SnTe，其中相当大的自旋霍尔效应，消除了使用铁磁体的自旋寿命的电操纵。特别是，我们探讨了持久的自旋纹理（PST）内在地存在于铁电相，保护自旋退相干，并支持非常长的自旋寿命。我们的第一性原理计算和对称性论证揭示了这种自旋波模式可以被垂直电场从外部失谐，导致自旋随机化和自旋寿命的降低.我们进一步扩展我们的分析，以SnTe薄膜，并确认PST的出现，以及适度增强的内在自旋霍尔电导率。最近在室温下对2D-SnTe铁电相的观察表明，新型全电自旋电子器件即将实现。
2020-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall Effect and Perpendicular Magnetic Anisotropy in Ultrathin Ferrimagnetic NiCo$_2$O$_4$ Films
反尖晶石铁磁NiCo $_2$ O $_4$具有高磁居里温度$T_C$、高自旋极化和应变可调的磁各向异性。了解这些有趣的磁性在NiCo $_2$ O $_4$薄膜的厚度缩放限制是至关重要的，它们在纳米自旋电子应用的实施。本文报道了MgAl $_2$ O $_4$基片上外延（001）NiCo $_2$ O $_4$薄膜在室温下的非常规磁输运性质。反常的霍尔效应测量表明，对于低至1.5个晶胞（1.2 nm）的薄膜，具有强的垂直磁各向异性，而对于3个晶胞和更厚的薄膜，$T_C$保持在300 K以上。反常霍尔电导率（$σ_{xy}$）的符号变化及其与纵向电导率（$σ_{xx}$）的标度关系可以归因于杂质散射和能带本征Berry曲率之间的竞争效应，后者在厚度驱动的金属-绝缘体转变后消失。我们的研究揭示了薄膜厚度在调整电荷相关、Berry相位效应、自旋轨道相互作用和杂质散射的相对强度方面的关键作用，为设计可扩展的外延磁性隧道结和使用NiCo $_2$ O $_4$的传感器件提供了重要的材料信息。
2022-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the electronic structure of ultrathin MnBi2Te4 Films
内禀磁性拓扑绝缘体MnBi2Te 4超薄膜具有量子反常霍尔效应和轴子绝缘体态等量子特性。本文系统地研究了MnBi_2Te_4薄膜的电子结构演化。随着薄膜厚度的增加，电子结构从具有大的能隙的绝缘体类型变为具有间隙拓扑表面态的绝缘体类型，然而，这仍然与体材料有很大的不同。通过碱金属原子的表面掺杂，Rashba分裂带逐渐出现并与拓扑表面态杂化，这不仅解决了体相和薄膜MnBi2Te4电子结构之间令人困惑的差异，而且为建立具有（量子）反常霍尔效应的Rashba铁磁体提供了一个有趣的平台.我们的研究结果提供了重要的见解的理解和工程的有趣的量子特性的MnBi 2 Te 4薄膜。
2022-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin All-in-one Spin Hall Magnetic Sensor with Built-in AC Excitation Enabled by Spin Current
磁阻（MR）传感器为各种工业和消费应用提供经济高效的解决方案，包括物联网（IoT）、人工智能和智能生活等新兴领域。诸如各向异性磁阻（AMR）传感器、巨磁阻（GMR）传感器和隧道磁阻（TMR）传感器的市售MR传感器通常需要适当的磁偏置以用于输出线性化和噪声抑制，从而导致增加的结构复杂性和制造成本。在这里，我们展示了一个一体化的自旋霍尔磁阻（SMR）传感器，内置交流激励和整流检测，有效地消除了任何线性化和域稳定机制的要求，从有源传感层分离。这可能是由于SMR和自旋轨道矩（SOT）在NiFe/Pt双层膜的共存。尽管最简单的结构，制造的惠斯通电桥传感器表现出基本上为零的直流偏移，可忽略的滞后，和在1Hz的约1 nT/sqrt（Hz）的检测率。此外，它还显示出与GMR和TMR类似的对外场的角度依赖性，尽管它确实具有任何参考层（与GMR和TMR不同）。在旋转角度测量、振动和手指运动检测的概念验证实验中，SMR传感器的优越性能得到了明显体现。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Coherent soft-mode phonon generation and detection in ultrathin SrTiO3 grown directly on silicon
在室温下对直接生长在Si上的SrTiO 3薄膜进行了时间分辨双色泵浦-探测偏振光谱研究，薄膜厚度从2 nm到7.8 nm。具有0.2太赫兹的特征频率的E软模脉冲产生和测量在这些相干应变的四相SrTiO 3薄膜。另一个过阻尼信号表明，双势阱之间的Ti离子可能弛豫跳跃。相干声子信号对泵浦和探测激光偏振的依赖性有助于识别声子模式。
2010-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Current-Driven Skyrmion Dynamics and Drive-Dependent Skyrmion Hall Effect in an Ultrathin Film
磁性skyrmions是手征自旋纹理，持有作为纳米级信息载体的巨大希望。自从他们在室温下首次观测以来，在电流诱导操纵方面取得了进展，在杂散场耦合多层膜中报道了快速运动。然而，复杂的自旋纹理与混合手性和大的功耗在这些多层膜限制了他们的实际实施和基本了解其动力学。在这里，我们报告的电流驱动的运动的Néel skyrmions直径在100 nm的范围内的Pt/Co/MgO三层。我们发现，这些skyrmion可以驱动速度为100米/秒，并表现出驱动依赖的skyrmion霍尔效应，这是占钉扎效应。我们的实验得到了很好的证实的分析模型的skyrmion动力学以及微磁模拟，包括材料的不均匀性。这种良好的协议是由简单的skyrmion自旋结构，在我们的系统和一个彻底的表征其静态和动态特性。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent Raman spectroscopy of ultrathin Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$
本研究制备少层至单层 Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$，通过厚度、温度依赖及角分辨偏振拉曼光谱，实现薄片厚度识别与晶体取向判定。
2024-02-29 cond-mat.mtrl-sci
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
Terahertz ellipsometry study of the soft mode behavior in ultrathin SrTiO3 films
我们提出了一个联合研究与传统的远红外和时域太赫兹椭圆偏振的SrTiO 3薄膜（85和8.5 nm），通过脉冲激光沉积LSAT衬底上生长的温度相关的光学响应。我们表明，太赫兹椭圆偏振是非常敏感的这些薄膜的光学响应，特别是软模式的SrTiO 3。我们表明，对于85 nm的薄膜的软模式的本征频率强烈降低退火在1200 C，而对于8.5 nm的薄膜，它是hardy影响。对于后者，退火后的模式保持在125 cm-1在300 K和仅表现出弱软化到约90 cm-1在10 K。这表明，由于LSAT衬底，该抗拉膜几乎不经历压缩应变的任何松弛。
2015-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin film of 3D topological insulators by vapor-phase epitaxy: Surface dominant transport in wide temperature revealed by Seebeck measurement
实现拓扑绝缘体（TI）在宽温区的本征表面优势输运是推动TI向未来电子学方向发展的重要前沿研究课题。本文报道了用物理气相沉积法生长的高质量Bi 2-xSbxTe 3-ySey（BSTS）单晶薄膜，系统测量了纵向电输运、Shubnikov-de-Haas（SdH）量子振荡、霍尔系数（R_H^2D）和塞贝克系数随薄膜厚度（d）和温度的变化。的厚度依赖性的片电导和塞贝克系数清楚地表明，通过减少膜厚度的半导体空穴载流子的体状态的抑制，达到在DC=14 nm以下的表面占主导地位的运输。本文用R_H^2D（n_Hall^2D）和SdH（n_SdH）两种方法对如何抑制流动载波数（n）的贡献作了定量的讨论。有趣的是，n_Hall^2D的值接近直流以下n_SdH的两倍。虽然R_H^2D在整个温度范围内都是负的，但当d较厚时，在高温下可以清楚地观察到S从负极性到正极性的变化。我们指出，在R_H^2D和S之间观察到的这种不一致性是3D-TI中固有的，其根源是体和拓扑表面之间载流子迁移率的巨大差异。我们认为，即使在没有磁场的情况下，Seebeck系数也可以成为一种方便而有力的工具来评估3D-TI中拓扑表面的本征载流子浓度。
2018-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic-like closure domains in ferroelectric ultrathin films
本文从第一性原理出发，模拟了短路条件下两金属SrRuO $_3$电极间的BaTiO $_3$单胞电容器中铁电畴的能量、结构和电子性质。畴稳定下来，两个单位电池，采用封闭的域的形式，常见的铁磁体，但最近才在铁电薄膜的实验检测。通过电极的第一SrO层中的原子的面内弛豫，畴被闭合，其表现得比在金属SrRuO $_3$中更像在高度可极化SrTiO $_3$中的SrO。即使很小，这些横向位移是必不可少的稳定域，并可能提供一些线索，以解释为什么有些系统打破域，而其他人仍然在一个单域配置。静电势的分析揭示了铁电电极界面处的带电缺陷的钉扎的优先点，可能在膜疲劳中起主要作用。
2007-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh-temperature ferromagnetism in ultrathin insulating films with ripple-infinite-layer structure
该研究通过选择性调控自旋交换与库仑作用，在高压应变下还原SrFeO2.5，制备出具有波纹无限层结构、居里温度外推达1200 K的超薄绝缘铁磁SrFeO2薄膜，并观测到显著自旋霍尔磁电阻。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Termination-dependent Electronic and Magnetic Properties of Ultrathin SrRuO$_{3}$ (111) Film on SrTiO$_{3}$
采用{ \it ab initio}电子结构计算方法研究了在（111）SrTiO $_{3}$衬底上生长的SrRuO $_{3}$（SRO）薄膜的电磁性质. Ru封端的SRO（111）薄膜具有较强的表面原子弛豫，而SrO $_{3}$封端的SRO（111）薄膜保持了理想钙钛矿的表面结构。Ru和SrO $_{3}$封端的SRO（111）薄膜在表面都表现出了出乎意料的层间反铁磁（AFM）结构，但具有不同的性质和机制。前者的原子力显微镜结构的结果从大的表面原子弛豫，而后者的结果从截断膜效应。有趣的是，对于SrO $_{3}$ -终止的情况下，半金属性质出现，尽管层间AFM结构。当厚度减小时，Ru端接的情况下，磁各向异性从面外易磁化轴向面内易磁化轴方向的崩塌行为发生，而SrO $_{3}$端接的情况下，磁各向异性从面外易磁化轴向面内易磁化轴方向的崩塌行为发生。
2014-02-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-flip hot spots in ultrathin films of monovalent metals: Enhancement and anisotropy of the Elliott-Yafet parameter
与众所周知的事实相反，自旋翻转热点，即，特殊的\vc{k} -点的费米表面上显示出高的自旋混合参数，不出现在本体的单价（贵金属和碱金属）的金属，我们发现他们的表面布里渊区边界上的这些金属薄膜。用Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法对10层厚的Cu、Ag和Au薄膜进行了密度泛函计算，结果表明，热点周围的区域可能有很大的贡献，例如：52%，这可能导致薄膜中自旋弛豫速率或自旋霍尔角的显著增强。由于自旋翻转热点的出现，在这些系统中还发现了大的Elliott-Yafet参数各向异性[Au（001）为50\%]。这一发现对于自旋电子学的应用是很重要的，在自旋电子学中经常使用贵金属，并且样品的维数减少。
2014-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Well-localized edge states in two-dimensional topological insulators: ultrathin Bi films
从理论上研究了二维量子自旋霍尔系统中边缘态穿透深度的一般行为。我们发现，动量空间宽度的边缘状态的色散尺度与穿透深度的倒数。作为良好局域化边缘态的一个例子，我们采取Bi（111）薄膜。边缘态几乎覆盖了整个布里渊区。相应地，铋（111）1-双层系统被提出具有良好的本地化的边缘态相比，碲化汞量子阱。
2010-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge-carrier transport properties of ultrathin Pb films
本文用密度泛函理论（DFT）从头算方法，在1 ~ 8个单层的自支撑单晶板上，分析了Pb金属薄膜的载流子输运性质，并与Si（111）衬底上Pb薄膜的实验结果进行了比较。在量子化能带结构的基础上，利用二维Boltzmann输运理论，计算了2 ~ 8单层厚Pb（111）平板在磁场和无磁场作用下的电子输运性质.直流电导率的厚度依赖性的计算和实验的比较表明，占主导地位的散射机制的电子是漫弹性界面散射的假设相同的散射时间为所有的子带和方向，在本文中使用，是一个很好的近似。在这个模型中，我们可以解释的电导率和霍尔系数的厚度依赖性，以及第一铅层的异常行为。
2003-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Dzyaloshinskii domain walls in ultrathin magnetic films
我们探索了一种新型的畴壁结构的垂直各向异性的薄膜，这是由于相邻层的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的影响。这项研究是由数值和分析微磁学。我们表明，这些墙壁可以表现得像尼尔墙具有非常高的稳定性，在静止条件下，在大的领域，以大的速度移动。我们讨论的相关性，这样的墙壁，我们建议调用Dzyaloshinskii域墙，电流驱动的域壁运动下的自旋霍尔效应。
2012-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics
我们已经制备了具有显著二维电子气（2DEG）行为的外延石墨薄膜。通过热分解在6 H-SiC的（0001）表面上生长了典型的由3个石墨烯片组成的薄膜，并通过表面科学技术对其进行了表征。的低温电导跨越的范围内的本地化制度根据结构状态（平方电阻1.5千欧姆至225千欧姆在4 K，具有正的磁导）。低电阻样品在二维上表现出弱局域化的特征，由此我们估计了弹性和非弹性的平均自由程。在低场下，霍尔电阻在高达4.5 T时是线性的，这可以通过每个石墨烯片的密度为10^{12} cm^{-2}的n型载流子来很好地解释。最高度有序的样品表现出Shubnikov-de Haas振荡，其对应于在霍尔电阻中观察到的非线性，表明潜在的新量子霍尔系统。我们表明，高迁移率的薄膜可以通过传统的光刻技术图案化，我们演示了调制的膜电导使用顶栅电极。这些关键元素表明基于纳米图案化外延石墨烯（NPEG）的电子器件应用具有大规模集成的潜力。
2004-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac Semimetal Na3Bi Films in the Ultrathin Limit via Alternating Layer Molecular Beam Epitaxy
在绝缘衬底上的Na 3 Bi的超薄膜被期望用于打开体带隙并从拓扑狄拉克半金属产生量子自旋霍尔效应，尽管在几纳米范围内的连续膜一直难以实现。在这里，我们利用交替层分子束外延（MBE），以实现均匀和连续的单晶薄膜Na3Bi（0001）绝缘Al2O3（0001）基板上，并证明电输运膜厚度为3.8 nm（4个单元电池）。通过原位反射高能电子衍射（RHEED）、扫描隧道显微镜（STM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱学（XPS）证实了材料的高质量。此外，这些薄膜被用作种子层，用于随后的生长共沉积，导致原子逐层生长，如RHEED强度振荡所示。这些材料的进步促进了对狄拉克半金属薄膜中量子现象的追求。
2018-05-23 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
Metallicity and Anomalous Hall Effect in Epitaxially-Strained, Atomically-thin RuO2 Films
本研究通过混合分子束外延制备超薄全应变RuO2异质结构，在低于9 T磁场下观测到显著反常霍尔效应，证实外延应变稳定非补偿磁性，为应变工程磁性和自旋电子学提供新平台。
2025-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamical signature of a domain phase transition in a perpendicularly-magnetized ultrathin film
本文用交流磁化率研究了具有垂直各向异性的NiFe/Ni/W（110）薄膜中的畴相。几分钟到几小时的时间尺度上的动力学进行了探讨淬火系统从高温条纹相区，并改变恒定的升温速率作为磁化率的痕迹进行了测量。观察到整个磁化率峰沿温度轴缓慢松弛，峰值温度随着加热速率的降低而增加。这与如果这种缓慢弛豫是由条纹相内的畴密度变化驱动的情况正好相反。相反，数据与用于从高温去除淬火中捕获的图案缺陷和曲率的显著密度的简单模型一致。定量分析证实，弛豫动力学是一致的介观重排所需的领域，以消除图案缺陷，该实验构成了一个“动态”观察的相变从高温，位置无序相的低温，有序的条纹相。
2009-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of domain growth driven by dipolar interactions in a perpendicularly magnetized ultrathin film
对垂直磁化的Fe/2 ML Ni/W（110）双金属薄膜的交流磁化率的测量表明，该系统支持的条纹状畴结构中畴生长和畴密度变化的动力学特征是清晰的。在0.20 K/s < R < 0.70 K/s范围内，随着升温速率的增加，磁化率峰向高温移动。使用松弛模型的分析表明，定量的动力学驱动的非平衡域密度在（近）零场（即偶极相互作用），和温度的变化是由于响应时间由局部域壁段的钉扎结构缺陷。由偶极相互作用驱动的畴密度弛豫的基本时间尺度比由外加场驱动的单个巴克豪森步骤的基本时间尺度慢10^5倍。基本时间尺度的增加反映了偶极子和塞曼能量的相对大小，以及需要许多局部畴壁段的相关运动来影响畴生长。
2010-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging Magnetization Structure and Dynamics in Ultrathin YIG/Pt Bilayers with High Sensitivity Using the Time-Resolved Longitudinal Spin Seebeck Effect
我们展示了一种仪器的时间分辨磁成像，是高度敏感的面内磁化状态和动态的薄膜双层的钇铁石榴石（Y3 Fe 5 O 12，YIG）/Pt：时间分辨纵向自旋Seebeck（TRLSSE）效应显微镜。我们通过聚焦皮秒激光来检测YIG内的局部面内磁取向，以通过自旋Seebeck效应从YIG产生热驱动的自旋电流到Pt中，然后使用Pt中的逆自旋霍尔效应将该自旋电流转换为输出电压。为了建立TRLSSE的时间分辨率，我们表明，图案化的YIG（20 nm）/Pt（6 nm）/Ru（2 nm）线的脉冲光加热产生小于100 ps的磁化相关的电压脉冲。我们证明TRLSSE显微镜图像静态磁结构和千兆赫兹频率的磁共振动力学与亚微米的空间分辨率和磁取向低于0.3 $^{\circ}/\sqrt{\text{Hz}}$的灵敏度在YIG。
2017-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic domains in ultrathin, bulk-like and proximity-coupled Europium Oxide
本文利用磁光克尔显微镜研究了25 nm和3 nm EuO薄膜的磁畴与磁滞回线的温度依赖行为，揭示了矫顽力与临界温度的厚度依赖性及EuO/Co的近邻反铁磁耦合，并结合MuMax3模拟阐明磁化反转动力学。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Scaling of the Anomalous Hall Effect Accompanying Electron Localization Correction in the Dirty Regime
标度的异常霍尔电导率的纵向电导率，已观察到在肮脏的制度的二维弱和强本地化区域中的双晶，多晶，化学无序，铁磁FePt膜。电子输运和温度之间的关系揭示了在这些薄膜中的库仑相互作用的定量无关紧要，而温度依赖的异常霍尔电导率经历量子校正从电子局域化。在这种校正开始时，当FePt膜的厚度减小时，低温反常霍尔电阻率开始饱和，并且相应的霍尔电导率标度指数变为2，其高于最近的统一理论1.6（σ_AH \propto σ^1.6_xx）。我们的结果强烈地表明，电子局域化的修正调制的标度指数的异常霍尔效应。
2012-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Depth evolution of YBa2Cu3O7-d ultrathin films probed by X-ray photoemission spectroscopy
本文用X射线光电子能谱研究了顺序化学腐蚀的YBa_2Cu_3O_（7-d）（YBCO）超导薄膜的晶体结构和化学成分随深度的变化。在近界面区的晶体结构是严重的氧缺乏和tetravel对称性。我们认为这是在界面失配应变的存在下，在沉积后退火过程中延迟的氧扩散到O（1）位的启示。在自由表面附近，由于部分应变弛豫，氧的缺乏得到了很大的缓解，晶体的对称性变为正交。与同等厚度的沉积态薄膜相比，剥离态的近界面层没有表现出超导性，而同等厚度的沉积态薄膜氧缺乏较少，表现出超导转变。
2006-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Tunable inverse spin Hall effect in nanometer-thick platinum films by ionic gating
电选通可以强烈地调制半导体和绝缘体的各种物理性质，如硅的电导率发生显著变化，SrTiO_3的超导电性出现，（In，Mn）As的顺磁-铁磁转变等，而这种调制的关键是固体中的电荷积累。因此，人们认为，这种调制对于载流子数量太大的常规金属来说是遥不可及的。然而，成功地调整了钴的居里温度，甚至在金属材料中也有望最终实现这种程度的控制。在这里，我们显示了可逆调制高达两个数量级的反自旋霍尔效应-一种现象，管理自旋和电荷电流之间的相互转换-在铂。自旋-电荷转换使得能够在同一器件中产生和使用电流和自旋电流，这对自旋电子学和电子学的未来至关重要。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth of Ultrathin Bi$_2$Se$_3$ Films by Molecular Beam Epitaxy
本研究利用分子束外延在蓝宝石上制备低至 4 nm 的聚结 Bi$_2$Se$_3$ 薄膜，揭示 BiSe 预处理、高生长速率和低衬底温度对成膜与粗糙度的关键作用。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Percolation-Driven Magnetotransport due to Structural and Microstructural Evolution in Ultrathin Si/Fe Bilayers
Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）；Department of Physics, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校物理系）
研究揭示了超薄Si/Fe双层中结构和微结构演变驱动的磁输运行为，发现霍尔效应机制在不同电阻样品中呈现不同贡献。
2026-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Hysteresis phenomena at ultrathin lubricant film melting in the case of first-order phase transition
在描述粘弹性介质的Lorentz模型的框架内，研究了剪切模量的形变缺陷对原子级平面固体表面间粘性润滑膜熔化的影响。跳跃式和连续熔化的可能性。三种模式的润滑剂的行为，这对应于零剪应力，虎克截面的加载图，和域的塑性流动。这些模式之间的转变可以根据一阶和二阶相变机制发生。描述了静态应力对应变和摩擦表面温度依赖性的滞后现象。研究了该体系的相动力学。结果表明，所研究的量的弛豫时间的比例定性地影响定态模式设置的字符。
2006-10-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Semitransparent anisotropic and spin Hall magnetoresistance sensor enabled by spin-orbit toque biasing
我们提出了一种基于NiFe/Pt异质结的双折射和双折射各向异性的自旋霍尔磁电阻传感器。使用自旋-轨道力矩有效场用于横向偏置允许将传感器的总厚度减小到3 - 4 nm，从而导致自旋。尽管非常简单的设计，自旋-轨道扭矩有效场偏置NiFe/Pt传感器表现出的线性度和灵敏度的水平相比，传感器使用更复杂的线性化方案。在一个概念验证设计中，使用一个由四个传感元件组成的全惠斯通电桥，我们获得了高达202.9 mΩ/Oe的灵敏度，线性误差低于5%，检测限低至20 nT。该传感器在可见光范围内的透过率超过50%。
2017-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Spin Hall Insulators in Tin Films: Beyond Stanene
大间隙量子自旋霍尔（QSH）绝缘体先前预测在锡烯及其衍生物。除了锡烯是最薄的$α$ -Sn（111）薄膜之外，我们还计划探索具有不同结晶取向的$α$ -Sn薄膜中的QSH绝缘体。我们的第一性原理计算揭示了$α$ -Sn（100）和（110）薄膜的厚度依赖性带隙并不像量子限制通常预期的那样显示出单调减小，而是显示出振荡变化行为，这是拓扑量子相变的指示。虽然这些薄膜在超导极限下是正常的绝缘体，但QSH相出现在约10层的临界薄膜厚度以上。值得注意的是，QSH绝缘体可在宽的厚度范围内获得，并且它们的能隙是相当大的（甚至$>$ 0.1 eV），这有利于高温QSH效应的实验实现。
2019-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Spin dynamics and magnetic-field-induced polarization of excitons in ultrathin GaAs/AlAs quantum wells with indirect band gap and type-II band alignment
本文从实验和理论两方面研究了具有间接带隙和II型带排列的两单层GaAs/AlAs量子阱中激子自旋动力学。研究了磁场诱导的光致发光圆极化$P_c$随磁场强度、磁场方向以及样品温度的变化。所观察到的非单调行为，这些功能提供了由明亮和黑暗的激子状态的相互作用，有助于发射。为了解释实验，我们已经开发了一个动力学主方程模型，该模型解释了激子四重态中的自旋态的动态，辐射和非辐射复合过程，以及这些状态之间激子的重新分配作为自旋弛豫的结果。该模型提供了定量的协议与实验，并允许我们评估，所研究的结构，重空穴$g$因子，$g_{hh}=+3.5$，和自旋弛豫时间的电子，$τ_{se} = 33~μ$ s，和孔，$τ_{sh} = 3~μ$ s，约束在激子。
2017-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Massive Dirac fermions and spin physics in an ultrathin film of topological insulator
本文研究了薄膜拓扑绝缘体体能隙中表面态的输运和光学性质。当薄膜厚度与表面态衰减长度相当时，上下表面之间的隧穿打开了一个能隙，形成两个简并的大质量狄拉克双曲线.自旋相关的物理出现在表面带，这是大大不同于体行为。这些包括表面自旋霍尔效应，自旋相关的轨道磁矩，和自旋相关的光学跃迁选择规则，允许光学自旋注入。当改变薄膜的厚度时，我们发现了一个拓扑量子相变，其中表面能带的陈数发生变化。
2010-02-11 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
Quantum spin Hall phases
本文综述了我们最近在量子自旋霍尔效应方面的理论工作。首先，我们比较各种2D系统的边缘状态，看看它们对扰动是鲁棒的还是脆弱的。通过比较，我们看到了2D量子自旋霍尔相位中边缘态的鲁棒性。通过研究量子自旋Hall相和绝缘体相之间的相变，我们看到了Z_2拓扑数是如何保护它的，并揭示了Z_2拓扑数的本质。我们还回顾了我们的理论建议的铋薄膜作为候选人的二维量子自旋霍尔系统。
2009-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum size effects, multiple Dirac cones and edge states in ultrathin Bi(110) films
铋中存在固有的强自旋轨道耦合，其独特的层依赖能带拓扑结构和高载流子迁移率使其成为基础研究和应用的有趣系统。理论上，Bi（110）薄膜中存在强的量子尺寸效应，奇数层薄膜中的狄拉克费米子态可能来自于偶数层薄膜中的悬挂$p_z$轨道和量子自旋霍尔态。然而，这些说法缺乏实验验证。本文利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了在高$T_c$超导体Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$（Bi 2212）上生长的Bi（110）薄膜的电子结构。我们观察到电子结构随薄膜厚度的振荡行为，并确定了奇双层膜中的Dirac态，与理论预测一致。在均匀双层膜中，我们发现了另一个狄拉克态，它被预测在QSH效应中起着至关重要的作用。在低厚度极限，我们观察到几个极端的一维状态，可能起源于边缘态的Bi（110）岛。我们的结果提供了一个急需的实验洞察Bi（110）薄膜的电子和结构特性。
2021-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent magnetic structure of ultrathin Fe/Ir(001) films: from spin-spiral states towards ferromagnetic order
本文详细研究了面心立方Ir（001）表面的Fe 3Fe薄膜的基态磁结构。我们使用自旋团簇展开技术结合相对论无序局域矩方案来获得自旋模型的参数，然后通过平均场方法和原子自旋动力学模拟来确定系统的有利磁结构。对于单层的Fe的情况下，我们发现，层弛豫非常强烈地影响基态自旋配置，而Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）的相互作用和双二次耦合也有显着的效果。为了描述后者的影响，我们介绍和分析系统的自旋共线映射。而对于两个单层的Fe，我们发现一个单q自旋螺旋作为基态由于DM相互作用的情况下，四个单层的情况下，该系统显示出非共线的自旋结构与非零的净磁化。这些研究结果是一致的实验测量表明铁磁秩序的四个单层和更厚的膜。
2011-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of molecular beam epitaxy-grown ultrathin Cr2Ge2Te6 films down to monolayer limit on Si substrates
Tsinghua University（清华大学）；Shanghai Aerospace Electronic Communication Equipment Research Institute（上海航天电子通信设备研究所）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本研究通过分子束外延法成功制备单层Cr2Ge2Te6薄膜，揭示其内在铁磁性及垂直磁各向异性，并发现随着厚度增加，磁性从二维波动向长程铁磁有序转变。
2025-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of spin conversion in a 1.5 nm-thick Pd film by ionic gating
研究了在铁磁绝缘体上生长的1.5 nm厚Pd薄膜的自旋轨道相互作用（SOI）的栅诱导调制。通过离子门控的有效电荷积累使得Pd膜的费米能级能够大幅上移，这通过Pd中的电阻率的抑制来证实。在自旋泵浦下，由于Pd的自旋霍尔电导率的调制，由Pd中的逆自旋霍尔效应产生的电动势基本上被选通调制。使用薄Cu膜（其能带结构在很大程度上不同于Pd和Pt并且其SOI相当小）的相同实验提供了支持我们的权利要求的进一步结果。所获得的结果有助于在发展中的整体理解的栅极可调SOI固体，并确认了先前的解释的显着调制的自旋霍尔电导率在一个cnPt膜门控。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
On the quantum spin Hall gap of monolayer 1T'-WTe2
量子自旋霍尔（QSH）材料是同时具有绝缘体态和螺旋边态的二维系统。一个QSH绝缘体处理拓扑非平凡的边缘状态保护的时间反演对称性，使电子可以传播无散射。这种拓扑相的实现在自旋电子学、无耗散输运和量子计算中有着广阔的应用前景。目前，这种基于QSH的器件的实现仅限于复杂的异质结构。单层1 T '-WTe 2被预测为半金属QSH材料，但具有负带隙。用混合泛函方法得到的准粒子能谱直接表明，单层1 T '-WTe 2的量子自旋霍尔能隙为正。光学测量表明，系统的带间弛豫时间的增加与层数的减少，而运输测量揭示Schottcky势垒的样品，这是不存在的较厚的样品。这三个独立的证据表明，单层1 T '-WTe 2可能是一个真正的二维量子自旋霍尔绝缘体。
2016-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of Thin-Film Thermal Conductivity due to Surface Roughness
本研究通过非谐晶格动力学计算揭示，表面粗糙度通过降低群速度和缩短弛豫时间抑制薄膜热导率，且现有边界散射模型会高估粗糙薄膜热导率达100%。
2025-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast light-induced magnetization in non-magnetic films: from orbital and spin Hall phenomena to the inverse Faraday effect
通过含时电子结构模拟，研究了超薄Pt薄膜对超快激光脉冲的磁响应，揭示了由OHE、逆法拉第效应和自旋轨道相互作用共同作用产生显著轨道与自旋磁化的机制，为在非磁性材料中用光编码磁信息提供了前景。
2024-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Morphology and magneto-transport in exfoliated graphene on ultrathin crystalline \b{eta}-Si3N4(0001)/Si(111)
我们首次报道了石墨烯在\b{eta} -Si_3 N_4（0001）/Si（111）上的转移实验研究。我们的工作提供了一个全面的定量理解的物理学的Si 3 N4作为栅极电介质的石墨烯为基础的设备。在超高真空（UHV）条件下，在Si（111）衬底上生长了Si 3 N4薄膜，并用扫描隧道显微镜（STM）对其进行了研究。随后，通过基于聚合物的转移技术将石墨烯薄片沉积在其顶部上，并且由石墨烯薄片制造霍尔条器件。在器件制造之后，再次采用STM来研究在UHV条件下的石墨烯薄片，并且显示表面质量被保持。在低温下在磁场中进行的电输运测量揭示了石墨烯通道中载流子类型和密度的背栅调制，并显示了弱局部化的发生。在这些实验条件下，没有检测到背栅和石墨烯沟道之间的漏电流。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thickness dependent tuning of the Berry curvature in a ferromagnetic Weyl semimetal
具有自发破缺时间反演对称性的磁性Weyl半金属表现出源于Berry曲率的大的内禀反常霍尔效应。为了将这种大的霍尔电流用于室温拓扑自旋电子学应用，有必要将这些材料制成薄膜或半导体薄膜。在这里，我们的实验表明，外尔半金属Co2 MnGa薄膜（20-50 nm）显示了一个非常大的异常霍尔角~11.4%，在低温和~9.7%，在室温下，这可以归因于具有大的本征Berry曲率的能带结构的非平凡拓扑结构。然而，反常霍尔角随着厚度低于20 nm而显著减小，能带结构计算证实这是由于多数自旋对Berry曲率的贡献减小。我们的研究结果表明，Co2 MnGa是一种实现室温拓扑自旋电子学应用的优良材料，但Berry曲率的显著厚度依赖性对薄膜器件设计具有重要意义
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetic theory of spin relaxation and ferromagnetic resonance in multilayered metallic films
本文从修正的Landau-Lifshitz微磁动力学方程出发，将阻尼力矩看作是旋进磁化矢量与引入的内、外磁各向异性应力张量之间的耦合作用，研究了叠层微电子器件中金属薄膜的自旋弛豫。特别注意的是给出的指数弛豫时间和铁磁共振线宽的解析形式推导出的磁化能量损失方程和伽柏不确定性之间的关系在谐振形线的半峰全宽和共振激发寿命。发展理论的潜力进行了简要讨论，在最近的测量的背景下。
2012-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
