Inductive detection of field-like and damping-like AC inverse spin-orbit torques in ferromagnet/normal metal bilayers
功能性自旋电子器件依赖于自旋-电荷相互转换效应，例如电场驱动的自旋力矩和磁化动力学驱动的自旋和电荷流的相互作用过程。在电流驱动自旋矩的正向过程中观察到了类阻尼和类场自旋轨道矩，而类阻尼逆自旋轨道矩则通过自旋泵注入重金属层得到了很好的研究。在这里，我们证明了铁磁/正常金属双层膜铁磁共振下建立的微波透射光谱可以用来感应检测由逆自旋-电荷转换过程驱动的AC电荷电流。该技术依赖于矢量网络分析仪铁磁共振（VNA-FMR）测量。我们表明，除了通常提取的光谱信息，VNA-FMR测量可用于量化的幅度和相位的所有AC电荷电流的样品中，包括那些由于自旋泵和自旋-电荷转换。我们的研究结果表明，Ni $_{80}$ Fe $_{20}$ /Pt双层膜同时表现出类阻尼和类场的反自旋轨道矩。虽然阻尼和类场逆自旋轨道扭矩的大小与类似材料系统的先前报道的值具有可比性，但我们观察到阻尼大小对沉积顺序的显著依赖性。这表明界面质量在类阻尼自旋-电荷转换的整体强度中起着重要作用。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching by spin-orbit torque in an antiferromagnet/ferromagnet bilayer system
自旋轨道力矩（SOT）诱导的磁化翻转显示出实现超快和可靠的自旋电子器件的希望。通过SOT的垂直磁化的双极开关在与所施加的电流共线的面内磁场下实现。迄今为止研究的典型结构包括非磁性/铁磁性（NM/FM）双层，其中NM中的自旋霍尔效应负责开关。在这里，我们表明，反铁磁/铁磁（AFM/FM）双层系统也表现出SOT大到足以切换FM的磁化。在这个材料系统中，由于原子力显微镜的交换偏置效应，我们观察到开关下没有施加的电场，通过使用反铁磁PtMn和铁磁Co/Ni多层膜与垂直的易轴。此外，定制堆叠实现了类似忆阻器的行为，其中可以以模拟方式控制反向磁化的一部分。因此，AFM/FM系统是SOT设备的一个很有前途的构建模块，并提供了一个有吸引力的神经形态计算的途径。
2015-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction and spin-orbit torque in Au1-xPtx/Co bilayers with varying interfacial spin-orbit coupling
界面自旋-轨道耦合（SOC）在Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）和类阻尼自旋-轨道矩（τDL）中的定量作用，经过十多年的深入研究，仍然没有得到解决。在这里，我们报告了一个结论性的实验证据表明，由于界面轨道杂化的关键作用，界面电荷密度不一定是界面SOC的线性函数，例如在Au 1-xPtx/Co界面处，界面SOC可以通过强烈的成分（x）依赖的自旋轨道邻近效应显著调谐，而不改变体SOC和Au 1-xPtx层的电负性。我们还发现Au_（1-x）Ptx/Co双层膜中的τDL随x的变化与界面SOC有明显的不同，表明界面Rashba-Edelstein效应对τDL没有重要的贡献。
2021-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of interfacial intermixing on spin-orbit torque in Co/Pt bilayers
采用第一性原理非平衡格林函数方法和超原胞无序平均法，研究了Co $\mid$ Pt双层膜中界面混合对自旋轨道矩的影响.通过在Co和Pt之间插入一个或多个无序CoPt合金单层来模拟混合。阻尼扭矩是适度增强的界面混合，而fieldlike扭矩，这是小的突变接口，强烈增强，变得可比的dampinglike扭矩。类场转矩的增强归因于Co与混合区之间的界面。平面霍尔扭矩随着混合而增加，但保持相对较小。对于具有（111）和（001）取向界面的双层，扭矩的行为是相似的。类场扭矩对混合的强烈依赖性可以提供一种通过界面工程来调整类场扭矩与类阻尼扭矩之比的方法。
2022-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inefficiency of orbital Hall effect on the spin torque in transition metal/ferromagnet bilayers
本研究通过第一性原理计算，系统研究了过渡金属/铁磁体双层中的自旋力矩，发现轨道霍尔效应贡献远低于自旋霍尔效应，且在TM/Ni中轨道霍尔与自扭矩相互抵消。
2025-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Irrelevance of magnetic proximity effect to spin-orbit torques in heavy metal/ferromagnet bilayers
磁邻近效应（MPE）是一种发生在某些重金属（HM）/铁磁体（FM）界面上的公认的磁性现象。然而，仍然有一个积极的辩论是否存在的MPE影响自旋输运通过这样的HM/FM接口。在这里，我们证明了在Pt/Co和Au 0.25Pt0.75/Co界面的MPE可以大大提高热退火协议。通过这种能力，我们表明，由于HM层的自旋霍尔效应，MPE对施加在FM层上的类阻尼或类场自旋轨道扭矩没有明显的影响，这表明与其他界面效应（例如自旋记忆损失和自旋回流）相比，MPE的作用很小。
2018-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in heavy metal/ferromagnet bilayers with varying strength of interfacial spin-orbit coupling
界面自旋轨道耦合（ISOC）是否以及如何影响重金属（HM）/铁磁体（FM）界面的自旋输运，尽管人们付出了大量的努力，但仍然没有得到解决。在这里，我们报告确凿的实验证据表明，在HM/FM接口的ISOC是“自旋记忆丧失”的主导机制。ISOC的增加以线性方式显著降低了通过HM中产生的自旋电流的界面的自旋透明度的退化而施加在FM层上的阻尼状自旋轨道扭矩（SOT）。此外，类场SOT也由HM的自旋霍尔贡献所主导，并随着ISOC的增加而减小。这项工作表明，在HM/FM接口的ISOC应尽量减少，以提高有效的SOT器件，通过原子层钝化的HM/FM接口或其他手段。
2019-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional spin-orbit torque in transition metal dichalcogenide/ferromagnet bilayers from first-principles calculations
基于最近在\ch{WTe2} /坡莫合金双层膜系统中观察到的非常规类面外阻尼力矩，我们采用第一性原理和线性响应理论计算了二维过渡金属二硫属化物（TMD）-铁磁体异质结构中产生的自旋轨道力矩.我们的\ch{WTe2} /Co和\ch{MoTe2} /Co异质结中的自旋轨道转矩的数值计算显示了传统的和新颖的阻尼类torkances（转矩每电场）具有可比的幅度，周围$100~\hbar/2e~(\rm Ω\cdot cm)^{-1}$，电场施加垂直于TMD层的镜面。为了进一步了解阻尼扭矩的来源，我们计算了TMD和Co层之间的自旋电流通量，并发现两个量之间的良好协议。这表明，传统的阻尼类自旋-轨道扭矩的图片，其中扭矩的结果从自旋霍尔效应加上自旋转移扭矩，主要适用于TMD/Co双层系统。
2020-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque generation in bilayers composed of CoFeB and epitaxial SrIrO$_{3}$ grown on an orthorhombic DyScO$_{3}$ substrate
本研究在正交DyScO₃衬底上制备外延SrIrO₃与CoFeB的双层膜，测得其类阻尼自旋轨道矩效率约为0.32，是同厚度铂对照样品的三倍，证明该材料有望用于低功耗自旋轨道矩器件。
2023-06-05 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
Absence of orbital current torque in Ta/ferromagnet bilayers
本文通过自旋力矩铁磁共振实验证明，Ta/铁磁体双层中的界面力矩仅来源于Ta的自旋霍尔效应，否定了轨道电流力矩的存在，并指出此前被广泛引用的正力矩证据源于忽略了铁磁体自感应信号。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial contributions to spin-orbit torque and magnetoresistance in ferromagnet/heavy-metal bilayers
采用第一性原理非平衡格林函数方法结合Anderson无序模型研究了铁磁/重金属双层膜中自旋轨道矩和磁电阻的厚度依赖性.正交矢量球谐函数中的系统展开用于扭矩的角度依赖性。在Co/Pt和Co/Au双层膜的阻尼扭矩可以被描述为自旋霍尔贡献的总和，这与自旋扩散模型的协议，并与界面的贡献相当的厚度增加。在垂直于Co/Pt双层膜中的电流的平面中的磁导是每个界面原子的电导量子的顺序，超过自旋霍尔模型的预测超过一个数量级。这表明，“自旋霍尔磁阻”，类似于阻尼类扭矩，有一个大的界面贡献无关的自旋霍尔效应。
2019-08-22 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
First-principles calculations of spin-orbit torques in Mn$_2$Au/heavy-metal bilayers
利用非平衡格林函数方法计算了Mn $_2$ Au/重金属双层膜中的自旋轨道矩，其中重金属为W或Pt.在Mn $_2$ Au中，自旋-轨道耦合（SOC）产生了强的类场力矩和弱的类阻尼力矩，类场力矩在两个子晶格上平行，与电导率成线性比例，类阻尼力矩在两个子晶格上反平行.与W或Pt的接口产生平行的阻尼扭矩的相反的符号是类似的大小在铁磁双层和类似的不敏感的障碍。类阻尼力矩效率强烈地依赖于界面的终止和Mn $_2$ Au中自旋-轨道耦合的存在，这表明类阻尼力矩不仅仅是由于HM层中的自旋-霍尔效应。界面也诱导反平行fieldlike和dampinglike扭矩，可以深入到Mn $_2$ Au。
2022-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of spin-orbit torque in a Co/Pt bilayer
采用第一性原理非平衡格林函数方法计算了无序Co/Pt双层膜中自旋-轨道矩的角度依赖性，并在Anderson无序上用一个明确的超原胞平均.除了通常的dampinglike和fieldlike条款，奇扭矩包含一个相当大的平面霍尔类条款$(\mathbf{m\cdot E})\mathbf{m}\times(\mathbf{z}\times\mathbf{m})$，其贡献的电流诱导阻尼是一致的实验观察。类阻尼力矩和类平面霍尔力矩对无序度的依赖性很弱，而类场力矩随无序度的增加而下降。对阻尼有贡献的力矩几乎完全是由于Pt原子上的自旋-轨道耦合，但类场力矩不需要它。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit effective fields in Pt/GdFeCo bilayers
本文研究了稀土-过渡金属亚铁磁合金的自旋轨道矩。在Pt/GdFeCo双层膜中进行谐波霍尔测量以量化由SOT产生的有效场。结果表明，在GdFeCo的磁化补偿温度TM附近，类阻尼转矩迅速增大，这是由于净磁矩减小所致。
2017-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin-transfer torque in ferromagnetic bilayers generated by anomalous Hall effect and anisotropic magnetoresistance
本文提出了一个从纵向磁阻测量确定铁磁双层膜中自旋-轨道相互作用激发的自旋转移矩效率的实验方案。在适当的边界条件下求解扩散自旋输运理论，给出了纵向电荷电流密度的解析公式。纵向充电电流具有与自旋转移力矩效率的平方成比例的项，并且还取决于膜厚度与铁磁体的自旋扩散长度的比率。从作为厚度的函数的纵向电阻率的测量中提取该贡献可以给出自旋转移扭矩效率。
2016-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of spin-orbit torques through crystal symmetry in WTe2/ferromagnet bilayers
最近的发现，关于电流诱导的自旋-轨道扭矩产生的重金属/铁磁体和拓扑绝缘体/铁磁体双层提供了潜在的显着提高效率的磁性器件的操作。然而，在迄今为止进行的实验中，自旋-轨道转矩有一个重要的限制-可以补偿磁阻尼的转矩分量需要对称性位于设备平面内。这意味着自旋-轨道力矩只能驱动具有面内各向异性的磁性器件的最电流有效类型的磁反转（抗阻尼开关），而不是高密度应用所需的垂直磁各向异性器件。在这里，我们的实验表明，这种状态的事务是不是根本的，而是可以改变自旋源/铁磁体双层器件中的自旋-轨道转矩的允许的对称性，通过使用自旋源材料具有低的晶体对称性。我们使用WTe 2，过渡金属二硫属化物，其表面晶体结构只有一个镜面，没有双重旋转不变性。与这些对称性相一致，我们产生了一个平面外的反阻尼扭矩时，电流沿WTe 2/坡莫合金双层的低对称轴施加，但不是当电流沿高对称轴施加。通过多层样品中的晶体对称性来控制S-O转矩为优化未来的磁性技术提供了一种新的策略。
2016-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Independence of spin-orbit torques from the exchange bias direction in Ni$_{81}$Fe$_{19}$/IrMn bilayers
我们通过自旋矩铁磁共振测量研究了Ni $_{81}$ Fe $_{19}$ /IrMn样品中自旋霍尔角和交换偏置之间可能的相关性。这种相关性是通过图案化的Ni $_{81}$ Fe $_{19}$ /IrMn双层在不同的相对取向相对于交换偏置方向。测量的电压谱允许自旋霍尔角的定量测定，这是独立的约2.8 \pm 0.3%的取向。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Facet-dependent giant spin orbit torque in single crystalline antiferromagnetic Ir-Mn / ferromagnetic permalloy bilayers
自旋轨道转矩的目的是操纵的铁磁（FM）薄膜或纳米元件的自旋电子技术的磁化已经有相当大的兴趣。自旋-轨道扭矩源自自旋电流，该自旋电流由扩散到相邻FM材料中的具有显著自旋-轨道耦合的材料中的电荷电流产生。已经进行了大量的努力来寻找表现出大的自旋霍尔角，即有效的电荷到自旋电流转换的候选材料。在这里，我们报告，使用自旋扭矩铁磁共振，观察到一个巨大的自旋霍尔角高达~0.35（100）取向的单晶反铁磁（AF）IrMn 3薄膜，耦合到铁磁坡莫合金层，和一个自旋霍尔角，约三倍小（111）取向的薄膜。对于（100）取向的样品，我们表明，自旋霍尔角的大小可以显着改变通过操纵的人口的各种AF域通过场退火。使用从头计算，我们表明，IrMn 3的三角形AF结构产生了实质性的固有自旋霍尔电导率，其（100）比（111）取向大三倍，与我们的实验结果一致。
2016-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Stacking-order effect on spin-orbit torque, spin-Hall magnetoresistance, and magnetic anisotropy in Ni$_{81}$Fe$_{19}$-IrO$_2$ bilayers
5d过渡金属氧化物是一个有趣的平台，可以证明有效的电荷到自旋电流的转换，这是由于强自旋轨道耦合主导的独特电子结构。本文报道了双层Ni $_{81}$ Fe $_{19}$-5 d氧化铱（IrO $_2$）中的自旋轨道矩（SOT）、自旋霍尔磁电阻和磁各向异性的堆垛阶效应。虽然所有IrO $_2$和Pt对照样品都表现出源自有效电荷到自旋电流转换的大阻尼类SOT产生，但IrO $_2$（Pt）-底部样品中的SOT的幅度大于IrO $_2$（Pt）-顶部样品中的SOT。类场SOT具有更显著的堆叠顺序效应，导致IrO $_2$样品中的相反符号与Pt样品中的相同符号形成对比。此外，我们观察到的磁各向异性能量密度和异常霍尔效应的增加，在IrO $_2$（Pt）-底部的样品，这表明增强的界面垂直磁各向异性。我们的研究结果突出了堆叠顺序对Ir氧化物/铁磁体系统的自旋输运和磁输运性质的显著影响，为包括5d过渡金属氧化物的SOT器件的设计提供了有用的信息。
2021-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque generation in NiFe/IrO2 bilayers
5d过渡金属氧化物具有由强自旋轨道耦合主导的独特电子结构，因此它们可以成为探索自旋电流物理的有趣平台。在这里，我们报告从导电的5D氧化铱，IrO2的自旋轨道扭矩（SOT）的室温生成。通过测量Ni_（81）Fe_（19）/IrO_2双层膜的二次谐波霍尔电阻，发现了类阻尼和类场SOT。前者比后者大，使得能够更容易地控制磁化。我们还观察到，阻尼SOT效率有一个显着的依赖于IrO2的厚度，这是很好地描述了基于体自旋霍尔效应的漂移扩散模型。我们推导出有效自旋霍尔角为+0.093 ± 0.003，自旋扩散长度为1.7 ± 0.2nm。通过与对照样品Pt和Ir的比较，我们发现IrO2的有效自旋霍尔角与Pt相当，比Ir高7倍。与dampinglike SOT相比，类场SOT的效率与厚度无明显的依赖关系，具有负值。这表明类场SOT可能源于界面。这些实验结果表明，5d过渡金属氧化物的电子结构的独特性对于高效的电荷到自旋电流转换至关重要。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques originating from bulk and interface in Pt-based structures
我们研究了基于Pt的自旋电子器件的自旋轨道力矩。我们发现，在Pt/Ni和Pt/Fe双层膜中，类阻尼扭矩效率依赖于Pt层的厚度。我们还发现，阻尼类扭矩效率是几乎相同的Pt/Ni和Pt/Fe双层膜，尽管更强的自旋记忆损失在Pt/Fe界面。这些结果表明，虽然类阻尼力矩的主要来源是Pt层中的体自旋霍尔效应，但由于Pt/Fe双层中界面的自旋轨道耦合较强，因此界面产生了相当大的类阻尼力矩.在相反的阻尼类扭矩，其幅度和符号几乎是相同的Pt/Ni和Pt/Fe双层，类场扭矩强烈依赖于铁磁层的选择。在Pt/Ni和Pt/Fe双层膜中，由体自旋霍尔效应产生的类场力矩的符号相反，这是由于自旋混合电导的虚部符号相反.这些结果表明，自旋-轨道矩是相当敏感的FM层的电子结构。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetoelectric torque in polar magnetic bilayers
Key Laboratory of Quantum Materials and Devices of Ministry of Education, School of Physics, Southeast University（东南大学物理学院量子材料与器件教育部重点实验室）
本文提出通过纯电场实现极性磁性双层中磁化方向快速切换的铁电扭矩机制，为自旋电子器件提供了一种新的高效切换方法。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-orbit torque switching of Néel order in band-inverted antiferromagnetic bilayer MnBi$_2$Te$_4$
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
研究通过第一性原理证明自旋轨道扭矩可直接电控反铁磁双层MnBi₂Te₄的Néel配置，重构其边界谱，并在掺杂下增强扭矩，提供无焦耳加热的无耗散间隙扭矩和增强的电流诱导扭矩控制方法。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phenomenology of orbital torque, pumping and mixing conductance in metallic bilayers
本研究针对磁性双层膜中的轨道力矩与轨道泵浦现象，提出唯象模型解释铁磁体及界面的自旋-轨道转换，揭示轨道力矩的来源平衡机制，引入两类混合电导分别调控轨道力矩与泵浦效应。
2024-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Spin-Orbit Torques and Magnetic Anisotropy in WSe$_{2}$/Permalloy Bilayers
过渡金属二硫属化物（TMD）是一种在相邻铁磁层上有效产生电流感生自旋轨道力矩的有前途的材料。许多影响，界面和散装，已被提出来解释以前观察到的不同扭矩。然而，到目前为止，还没有明确的共识，微观起源的基础上观察到这些TMD/铁磁双层的自旋轨道扭矩。为了照亮在发挥作用的微观机制，在这里，我们进行厚度依赖的自旋轨道扭矩测量的半导体WSe $_{2}$ /坡莫合金双层与各种WSe $_{2}$层厚度，下降到单层的限制。我们观察到一个大的面外类场转矩与自旋转矩电导率高达$1\times10^4 ({\hbar}/2e) (Ωm)^{-1}$。对于某些器件，我们还观察到一个较小的面内反阻尼类扭矩，自旋扭矩电导率高达$4\times10^{3} ({\hbar}/2e) (Ωm)^{-1}$，与其他TMD为基础的系统。两个扭矩均显示出对WSe $_{2}$厚度没有明显的依赖性，正如Rashba系统所预期的那样。出乎意料的是，我们观察到一个强大的面内磁各向异性-高达约$6.6\times10^{4} erg/cm^{3}$ -诱导坡莫合金由下面的六方WSe $_{2}$晶体。使用扫描透射电子显微镜，我们确认，磁各向异性的易轴对准扶手椅方向的WSe $_{2}$。我们的研究结果表明，铁磁体和TMD之间有很强的相互作用，并揭示了TMD为基础的设备的自旋轨道力矩的性质。这些发现为优化扭矩和与接口磁体的相互…
2021-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in Co/Pt(111) and Mn/W(001) magnetic bilayers from first principles
通过空间反转非对称磁体的外加电流在磁矩上感应自旋轨道力矩（SOT），这对未来的存储器件具有很大的希望。我们讨论了适用于计算无序铁磁体线性响应SOT的一般格林函数表达式。的SOT可以被分解成一个偶数和一个奇数的组件相对于磁化反转，其中在消失的障碍的限制，偶数的SOT是由恒定的Berry曲率的占用状态，而奇数部分表现出发散相对于无序强度。在此基础上，我们用第一性原理密度泛函理论计算了Co/Pt（111）和Mn/W（001）磁性双层膜中的SOT.我们发现偶数和奇数扭矩分量的大小相当。此外，奇扭矩强烈依赖于额外的覆盖层，而偶扭矩则不太敏感。我们发现，偶扭矩几乎完全介导的自旋电流相反，奇扭矩，它可以包含一个重要的贡献，而不是由于自旋转移。我们的结果与实验一致，表明我们的线性响应理论非常适合于复杂铁磁体中SOT的描述。
2014-11-13 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
Effects of transition-metal spacers on the spin-orbit torques, spin Hall magnetoresistance, and magnetic anisotropy of Pt/Co bilayers
我们研究了在Pt/Co界面处插入0.5 nm厚的间隔层（Ti，V，Cr，Mo，W）对自旋轨道力矩、霍尔效应、磁电阻、饱和磁化强度和磁各向异性的影响。我们发现，阻尼样的自旋轨道扭矩大幅减少，为所有样品与间隔层相比，参考Pt/Co双层，一致的原子自旋轨道耦合常数的间隔元件相对于Pt的相反符号。对于等电子的3d、4d和5d元素，除了V具有比Cr更强的影响之外，阻尼类扭矩的减小与原子序数单调。类场自旋轨道扭矩几乎消失的所有间隔层，无论其组成，这表明该扭矩主要起源于Pt/Co界面。异常霍尔效应、磁阻和饱和磁化强度也都显著降低，而薄层电阻在存在间隔层的情况下增加。最后，我们证明了自旋轨道力矩的幅度，自旋霍尔类磁阻，和垂直磁各向异性之间的相关性。这些结果突出了重金属/铁磁系统的磁输运性质的显着影响的重金属/铁磁间隔层。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing anisotropy in epitaxial Fe/Pt bilayers by spin-orbit torque ferromagnetic resonance
该研究利用STFMR探测分子束外延生长的微图案化Fe/Pt双层膜磁各向异性，并结合宽带FMR、解析模型与微磁模拟验证了射频谱方法的有效性。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Polar and quadratic magneto-optical Kerr effects in nonmagnetic/ferromagnet bilayers for spin-orbit torque measurements
The University of Tokyo（东京大学）；Research Institute of Electrical Communication (RIEC), Tohoku University（东北大学电气通信研究所）；Mie University（三重大学）；Trans-scale quantum science institute (TSQS), The University of Tokyo（东京大学跨尺度量子科学研究所）
本文研究非磁/铁磁双层膜中极向和二次磁光克尔效应，发现二次与极向MOKE信号比值远小于霍尔电阻比值，表明自旋霍尔磁电阻对可见光范围MOKE响应贡献可忽略，从而验证MOKE测量自旋力矩效率的可靠性。
2026-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decoupling of Spin-Orbit Torque Components in Py/W Bilayers unveiled through variation of W-resistivity
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度加尔各答科学教育研究所）
通过调节W电阻率揭示了Py/W双层中自旋轨道扭矩组件的解耦，发现Slonczewski-like扭矩效率依赖于W电阻率，而场状扭矩效率则表现出界面特性。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface tuned Enhanced and Low Temperature Quenching of Orbital Hall Currents Induce Torque and magnetoresistance in Light Metal/Nickel Bilayers
该研究探究轻金属/铁磁体双层膜中轨道霍尔效应诱导的电流效应，通过测量Ni/Ti薄膜的二次谐波电压提取OHT效率与UOMR，发现Cu中间层及Ti厚度增加可增强两者，低温会淬灭，揭示体轨道霍尔效应为共同机制。
2025-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
X-ray spectroscopy of current-induced spin-orbit torques and spin accumulation in Pt/3d transition metal bilayers
当电流作用于自旋-轨道耦合较强的Pt材料时，由于自旋霍尔效应和界面电荷-自旋转换作用，Pt材料的自旋在界面处积累。我们测量这些界面磁矩对相邻的3d过渡金属层的影响，通过X射线吸收光谱和X射线磁性圆二色性在定量和元素选择性的方式，灵敏度低于$10^{-5}~μ_B$每个原子。在Pt（6 nm）/Co（2.5 nm）中，累积的自旋导致Co磁化方向的偏离，其对应于0.08的有效自旋霍尔角。的自旋和轨道磁矩的Co的影响，在相等的比例由自旋电流的吸收，表明从最近预测的轨道霍尔效应的轨道动量的转移是低于我们的检测限，或不针对的3d状态的Co。对于Pt/NM（NM = Ti，Cr，Cu），我们发现上限的注入自旋对应于约$3\times 10^{-6}~μ_B$每个原子的量。
2019-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling relativistic spin torques in a ferromagnet/semiconductor bilayer
最近发现的相对论自旋力矩的横向电流在铁磁/顺磁界面诱导的新一代电控磁存储器件的候选自旋电子技术。唯象地，力矩有场的和反阻尼的分量，具有不同的对称性。在显微镜下，它们被认为有两种可能的起源。在一幅图中，顺磁体中通过相对论自旋霍尔效应（SHE）产生的自旋电流被铁磁体吸收并引起自旋转移矩（STT）。在另一幅图中，通过相对论逆自旋电流效应（ISGE）产生非平衡自旋密度，并在铁磁体中诱导自旋轨道矩（SOT）。从顺磁半导体的早期观察来看，SHE和ISGE被称为伴随现象，它们都可以允许在同一结构中电对齐自旋。实验上解开SHE和ISGE的贡献对于我们理解铁磁/顺磁界面自旋力矩的基本物理性质是至关重要的。为了实现这一目标，我们准备了一个外延过渡金属铁磁体/超导顺磁体单晶结构，并进行了室温矢量分析的相对论自旋力矩的全电铁磁共振（FMR）技术的装置。通过设计，在我们的结构中，类场转矩由基于ISGE的机制控制，而类抗阻尼转矩由基于SHE的机制控制
2015-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of spin orbit torque driven dynamics in ferromagnetic heterostructures
我们使用时间分辨（TR）测量的基础上的极性磁光克尔效应（MOKE）的自旋轨道力矩激发的磁化动力学研究在Py（坡莫合金）/Pt和Ta/CoFeB双层膜。分析表明，类场（FL）自旋轨道力矩（SOT）决定了磁化旋进的第一个振荡周期的振幅，类阻尼（DL）力矩决定了最终的稳态磁化强度.在我们的双层样品中，我们提取了有效字段，hFL和hDL，从时间分辨的磁化振荡谱的两个SOT。提取的值是在良好的协议与时间积分DCMOKE测量中提取的，这表明SOTs不改变在高频率。我们还发现，第一个振荡的振幅比的稳定状态是线性比例的比率hFL/hDL。第一振荡幅度与沿电流方向施加的外部场成反比，而稳态值与沿电流方向施加的外部场无关。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Inplane spin orbit torque magnetization switching and its detection using the spin rectification effect at sub-GHz frequencies
使用自旋整流效应检测坡莫合金/铂双层膜的面内磁化反转。利用亚GHz微波频率在双层膜中激发自旋矩铁磁共振（STFMR），在0 mT的静态磁场周围产生两个离散的直流电压。这些离散电压取决于坡莫合金的磁化方向，并能够检测面内磁化反转。磁化反转的阈值电流密度为10至20 MA/cm ^2，与已知的面内磁化材料的自旋轨道扭矩（SOT）切换的数量级相同。信号的幅度与典型的ST FMR信号的幅度相同或更大;也就是说，磁化切换的检测是高度敏感的，尽管偏离最佳ST-FMR条件。所提出的方法是适用于一个简单的器件结构，即使是一个小的铁磁电极的宽度为100 nm。
2020-10-09 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
Large spin-orbit torque in a-plane $α$-Fe$_{2}$O$_{3}$/Pt bilayers
针对绝缘反铁磁体奈耳矢量高效自旋轨道矩翻转的难题，研究采用磁光技术发现a面α-Fe₂O₃/Pt的类阻尼自旋轨道矩效率比c、r面体系高两个数量级，提出量化小倾斜磁矩反铁磁体自旋轨道矩的新方法，确认a面α-Fe₂O₃是高效SOT翻转的潜力候选材料。
2024-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-axis torque investigation of interfacial exchange coupling in a NiFe/CoO bilayer micromagnetic disk
本文利用三轴纳米机械谐振器同时测量NiFe/CoO双层微磁盘的三个正交力矩分量，研究界面交换耦合各向异性及旋转磁滞中的训练效应，并用宏自旋LLG方程参数拟合解释旋转回线特征。
2022-02-04 cond-mat.mes-hall 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-orbit-torque and magnetic damping in tailored ferromagnetic bilayers
我们研究了由Co和坡莫合金（Py）组成的铁磁（FM）双层膜中的自旋-轨道-力矩驱动的铁磁共振（FMR）。我们发现，FM层接触的Pt层占主导地位，决定自旋霍尔角，这是符合自旋透明模型。相比之下，FMR线宽不仅受到Pt上的自旋泵浦效应的影响，|在FMMgO界面处的双磁振子散射等自旋弛豫也导致了FMR线宽的增加，CoMgO界面导致了FMR线宽的显著增加，而Py界面导致了FMR线宽的显著增加。|MgO界面的影响较小。每个界面对自旋霍尔角和耗散参数的不同贡献表明Pt |Co| Py的堆叠构型|MgO需要比Pt |Py| Co更少的写入能量|MgO在自旋-轨道-力矩驱动的磁开关中的应用。我们的方法提供了一个很有前途的方法来优化材料参数的工程界面与重金属或氧化物层接触。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-orbit torque in a three-fold-symmetric bilayer and its effect on magnetization dynamics
本文通过第一性原理计算和微磁学模拟研究了CoPt/CuPt双层中3m对称性自旋轨道矩对垂直磁化翻转的影响，发现弱界面DMI且畴壁呈Bloch特征的较厚薄膜可用较小电流实现无场确定性翻转。
2024-12-30 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
Dynamical Coupling Between Ferromagnets Due to Spin Transfer Torque
我们使用的解析计算和数值模拟相结合，以证明电流流过磁性双层诱导层之间的动力学耦合。耦合起源于自旋转移力矩施加在层上的依赖于它们的磁矩的相对取向。我们证明，这种耦合修改的行为，这两个层，显着影响的电流感应动力学制度的稳定性和电流感应磁反转的效率。
2008-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall magnetoresistance in antiferromagnet/normal metal bilayers
我们预测出现自旋霍尔磁电阻的磁性双层组成的正常金属相邻的反铁磁体。基于最近导出的漂移扩散方程，我们表明双层的电阻取决于与电流的横向方向和Néel序参量之间的相对角度。虽然这种效应与最近报道的铁磁双层膜中的自旋霍尔磁电阻具有惊人的相似性，但在本例中，其物理起源归因于反铁磁体中巡回自旋的各向异性自旋弛豫。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Anomalous Hall and Half-metallic Phases in Ferromagnetic (111) Bilayers of 4d and 5d Transition Metal Perovskites
在人工氧化物异质结构中可以形成特殊的电子相，这将为新的物理学提供肥沃的土壤，也会产生新的器件功能。基于系统的第一性原理密度泛函理论研究了4d和5d过渡金属钙钛矿（111）超晶格（ABO 3）2/（AB'O3）10的磁性和电子性质（B = Ru，Rh，Ag，Re，Os，Ir，Au; AB'O_3 = LaAlO_3，SrTiO_3），我们证明了由于量子限制，双层（LaBO_3）_2（B = Ru，Re，Os）和（SrBO_3）_2（B = Rh，Os，Ir）是铁磁性的，有序化温度可达室温。特别是，双层（LaOsO 3）2是一种奇异的自旋极化量子反常霍尔绝缘体，而其他铁磁双层金属具有大霍尔电导可比的电导量子。此外，双层（LaRuO 3）2和（SrRhO 3）2是半金属，而双层（SrIrO 3）2具有独特的巨大的磁各向异性。因此，我们的研究结果表明，4d和5d金属钙钛矿（111）双层是一类准二维材料，可用于探索奇异量子相，也可用于低功率纳米电子学和氧化物自旋电子学等高级应用。
2016-09-23 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of field-like spin-orbit torques in heavy metal-ferromagnet-oxide thin film heterostructures
我们测量了不同重金属（HM）/普通金属（NM）间隔层/铁磁体（FM）/氧化物（MgO和HfOx/MgO）异质结构中电流诱导的自旋轨道矩，特别是类场（FL）分量的厚度和温度（T）依赖性。这些样品中的FL扭矩源自由HM中的自旋霍尔效应（SHE）产生的自旋电流。对于足够薄的FM层，该自旋电流的大部分可以到达FM/氧化物界面，T相关的自旋散射可以产生强FL扭矩，在某些情况下，与NM/FM界面处施加的扭矩符号相反。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Unidirectional spin Hall magnetoresistance and spin-orbit torques in HM$_1$/Co/HM$_2$ trilayer systems
我们提出了一个详细的分析谐波纵向和霍尔电压测量的面内磁化Pt/Co/Ta和Ta/Co/Pt三层参考Pt/Co和Ta/Co双层膜。通过引入与自旋霍尔角符号相反的第二重金属，实现了自旋-轨道力矩（SOTs）和单向自旋霍尔磁阻（USMR）的增强。提取的SOT效率是较大的三层相比，双层，确认增强值报告的三层垂直磁化Co。最大有效自旋霍尔角为Pt/Co/Ta三层达到$θ_{SH}$ = 20%。对于Pt/Co/Ta三层，在10 $^{7}$ A/cm $^2$的充电电流密度下，三层的USMR产生比相应双层高27%的效果，其中最大有效USMR幅度为-0.32 $\times$ 10 $^{-5}$。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Separation of Artifacts from Spin-Torque Ferromagnetic Resonance Measurements of Spin-Orbit Torque for the Low-Symmetry van der Waals Semi-Metal ZrTe$_\textbf{3}$
我们测量的自旋-轨道扭矩所产生的剥离层的低对称性半金属ZrTe $_3$使用自旋扭矩铁磁共振（ST-FMR）技术。当ZrTe $_3$具有大于约10 nm的厚度时，由于自旋泵浦和/或共振加热引起的伪影可导致标准ST-FMR分析将转矩效率的真实大小高估多达30倍，并且不正确地指示自旋-轨道转矩强烈地依赖于ZrTe $_3$层厚度。通过最近开发的检测霍尔几何结构以及纵向几何结构中的ST-FMR信号的方法，仍然可以在相当大的厚度范围内实现无伪影测量。ZrTe $_3$ /坡莫合金样品产生常规的面内抗阻尼自旋扭矩效率$ξ_{||}^{\text{DL}}$ = 0.014 $\pm$ 0.004，以及非常规的面内类场扭矩效率$|ξ_{||}^{\text{FL}}|$ = 0.003 $\pm$ 0.001。面外反阻尼力矩可以忽略不计。我们认为，文物同样干扰标准ST-FMR分析的其他范德瓦尔斯样品厚约10 nm。
2021-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor-metal transition in semiconducting bilayer sheets of transition metal dichalcogenides
利用第一性原理计算，我们表明，半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的双层片的带隙可以通过施加垂直压缩压力平滑地降低。这些材料在临界压力下经历普遍可逆的半导体到金属（S-M）转变。S-M跃迁是由于层间相互作用通过金属到硫族元素的电荷转移而引起的费米能级的简并度的提升。利用混合泛函和GW方法对S-M跃迁进行带隙修正后，仍能再现S-M跃迁。在宽能量范围内以受控方式调节TMD带隙的能力为其在一系列应用中的使用开辟了可能性。
2012-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin Valve Effect in Self-exchange Biased Ferromagnetic Metal/Semiconductor Bilayers
我们报告的混合铁磁金属/半导体异质结构组成的MnAs/（Ga，Mn）As双层膜的磁化和磁阻测量。我们的测量结果表明，（金属）MnAs和（半导体）（Ga，Mn）As层是交换耦合的，导致磁性较软的（Ga，Mn）As层的交换偏置随层厚而减弱。在电流垂直于平面的几何结构中的磁电阻测量显示在这些自交换偏置双层膜中的自旋阀效应。在MnAs/p-GaAs/（Ga，Mn）As三层中的类似测量表明交换耦合随着层之间的空间分离而减小。
2007-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Ultraflat bands and shear solitons in Moiré patterns of twisted bilayer transition metal dichalcogenides
二维材料的扭曲双层中的超平带具有很强的相关性，包括带的半填充处的莫特绝缘相。使用第一性原理密度泛函理论计算，我们显示了在扭曲双层MoS $_2$，一个典型的过渡金属二硫属化物的价带边缘的超平带的出现。对于56.5 $^\circ$和3.5 $^\circ$扭转角，计算的带宽分别为5 meV和23 meV，与“魔”角附近的扭转双层石墨烯的带宽相当。莫尔条纹中的大的结构变化导致在堆叠边界处形成剪切孤子，并且强烈地影响电子结构。我们扩展了我们对扭曲双层MoS $_2$的分析，表明在扭曲双层WS $_2$，MoSe $_2$和WSe $_2$的价带边缘也可以出现平带。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
