Current driven asymmetric magnetization switching in perpendicularly magnetized CoFeB/MgO heterostructures
由于体效应和界面效应，面内电流通过双磁性异质结构可以引起磁化翻转或畴壁成核。在磁性层内，电流可以通过自旋转移力矩（STT）产生磁不稳定性。在界面处，由相邻层中的自旋霍尔效应产生的自旋电流可以对磁矩施加转矩，称为自旋霍尔转矩。在这里，我们研究了电流感应磁化翻转垂直磁化CoFeB/MgO异质结构与重金属（HM）底层。根据HM底层的厚度，我们发现在阈值开关电流的面内场依赖性的明显差异。STT很可能是负责较薄的底层膜的磁化反转，而自旋霍尔转矩导致较厚的底层膜的切换。对于后者，我们发现在开关电流的正，负电流和初始磁化方向的差异。我们发现，在薄膜沉积过程中的生长过程中引入了一个各向异性，打破了系统的对称性，并导致非对称开关。这种对称性破坏各向异性的存在使得能够在零外部场下实现确定性磁化切换。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial exchange and magnetostatic coupling in a CoFeB/Thulium Iron Garnet heterostructure
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Georgetown University（乔治城大学）
研究钴铁硼/钍铁石榴石异质结中界面交换耦合与磁静耦合，通过磁学测量和微磁模拟分析不同厚度钴铁硼层对耦合强度的影响，发现其对磁电读出有重要意义。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Influence of magnetic field and ferromagnetic film thickness on domain pattern transfer in multiferroic heterostructures
BaTiO $_3$中的畴通过逆磁致伸缩效应诱导CoFeB中的单轴磁各向异性的规则调制。结果，CoFeB楔形膜和BaTiO $_3$衬底的畴结构与CoFeB中BaTiO $_3$钉磁畴壁中的完全和直的铁电畴边界相关。我们使用X射线光电子显微镜和磁光克尔效应显微镜来表征钉扎畴壁的自旋结构。在旋转磁场中，两种畴壁类型之间发生突然且可逆的转变，即，磁化矢量头对尾对准的窄壁和具有交替的头对头和尾对尾磁化配置的宽得多的壁。我们表征的磁畴壁自旋结构的变化作为磁场强度和CoFeB薄膜厚度的函数，并比较实验结果与微磁学模拟。
2017-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torque Engineering in β-W/CoFeB Heterostructures via Ta and V Alloying at Interfaces
自旋轨道矩是自旋电子器件中一种很有前途的磁化翻转机制，它表现为在非磁性金属和铁磁界面上累积的自旋极化矩。为了在实践中充分利用这一点，具有高自旋霍尔角的材料，即，电荷-自旋转换效率是必不可少的。迄今为止，很少有方法设计新的非晶态金属合金。此外，新材料需要与半导体加工兼容。在这里，我们介绍了W-Ta和W-V合金，并将它们部署在$β$ -W/CoFeB层之间的界面处。首先，通过第一性原理能带计算，计算了不同组分的W-Ta和W-V结构的自旋霍尔电导率，预测了W-V合金的自旋霍尔电导率从W的$-0.82 \times 10^3$ S/cm提高到$-1.98 \times 10^3$ S/cm。随后，异质结构的制造和自旋-轨道力矩特性的实验表征。通过使$β$ -W与浓度为20原子%的V合金化，我们观察到自旋霍尔电导率的绝对值的大的增强，高达$-(2.77 \pm 0.31) \times 10^3$ S/cm。通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜的分析，进一步解释了自旋-轨道力矩效率的提高是由于W和CoFeB之间的W-V合金。
2021-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Domain wall resistance in CoFeB-based heterostructures with interface Dzyaloshinskii-Moriya interaction
本文研究了W/Ta/CoFeB/MgO异质结的畴壁电阻。Ta层的厚度是不同的，以控制域壁的类型，通过在界面Dzyaloshinskii Moriya相互作用的变化。我们发现一个几乎恒定的畴壁电阻对Ta层厚度。各向异性磁电阻、自旋霍尔磁电阻和反常霍尔效应的贡献很好地描述了厚Ta层膜的畴壁电阻。然而，对于Ta薄层薄膜，发现了手性类Néel畴壁，这一结果表明了从电阻测量研究畴壁类型的困难。
2018-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of the spin Hall angle and switching current in the nc-W(O)/CoFeB/MgO system with perpendicular magnetic anisotropy
我们研究了沉积在具有大氧含量的纳米晶钨薄膜nc-W（O）上的垂直磁化CoFeB薄膜的开关电流的温度依赖性。自旋霍尔角$|Θ_\mathrm{SH}| \approx 0.22$与温度无关，而开关电流在低温下强烈增加。我们发现nc-W（O）对退火不敏感。因此，对于在制造期间需要高温退火工艺的磁存储器或逻辑器件中集成自旋霍尔驱动的信息写入，它可以是一个很好的选择。
2016-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxy enhancement in oxide/tungsten heterostructures by harnessing the interface adhesion
本研究发现在Al$_{2}$O$_{3}$和MgO衬底上生长单晶钨薄膜时，尽管存在晶格失配，但蓝宝石与钨更强的界面附着力与化学键合及界面钨层重构能提升晶体质量，并成功制备了适用于自旋电子学的高质量钨/CoFe磁性异质结构。
2023-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer torque devices utilizing the giant spin Hall effect of tungsten
本文报道了β-W薄膜中的巨自旋霍尔效应。利用自旋矩诱导的β-W/CoFeB双层微带铁磁共振，我们确定了自旋霍尔角为|θ| =0.30 \pm 0.02，大到足以使面内电流有效地反转与薄β-W层相邻的纳米级磁性隧道结的面内磁化CoFeB自由层的取向。根据用这种三端器件获得的开关数据，我们独立地确定|θ| =0.33 \pm 0.06。我们还报告了自旋霍尔开关效率的变化与W层的不同折射率，因此可变（α和β）相组成。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin orbit effects in CoFeB/MgO hetereostructures with heavy metal underlayers
我们研究了CoFeB/MgO异质结构中重金属（HM）底层的强自旋轨道耦合效应。研究了在CoFeB/MgO界面处的垂直磁各向异性、重金属层的自旋霍尔角、电流感生转矩和HM/CoFeB界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用.我们展示了HM层的选择如何影响这些复杂的自旋轨道效应，这些效应出现在大体积和异质结构的界面处。
2016-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural Phase Dependent Giant Interfacial Spin Transparency in W/CoFeB Thin Film Heterostructure
纯自旋电流改变了高能效的自旋电子器件，它具有自旋角动量输运的显著特点。自旋抽运是产生纯自旋电流的有效方法，而高效的自旋混合电导（Geff）和界面自旋透明性（T）是提高其效率的关键。利用全光时间分辨磁光克尔效应技术，在β-W相Sub/W（t）/Co20 Fe 60 B20（d）/SiO2（2nm）异质结中发现了巨T.从吉尔伯特阻尼与W和CoFeB厚度的变化，W的自旋扩散长度和自旋混合电导提取。随后，对于β-W/CoFeB界面，T被推导为0.81 \pm 0.03。观察到Geff和T随W厚度的急剧变化与W的厚度相关的结构相变和电阻率一致。自旋记忆损失和两个磁振子散射效应被发现有阻尼调制的贡献可以忽略不计，而不是自旋泵效应，这是重新确认的阻尼与铜间隔层厚度插入W和CoFeB之间的不变性。巨界面自旋透明性及其对W晶体结构的强烈依赖性的观察对于基于纯自旋电流的自旋轨道电子器件具有重要意义。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Probing of large interfacial contribution to spin orbit coupling in CoFeB/Ta heterostructure by ultrafast THz emission spectroscopy
超快THz辐射从铁磁/双金属双层异质结构为基础的自旋电子发射器的产生一般利用的转换，从自旋到电荷电流的双金属层内，其界面与铁磁层。对于这种结构的THz发射的逆自旋霍尔效应的潜在机制的各种可能的子贡献，需要被利用，不仅用于调查在材料性质本身的基本水平上的复杂性，而且用于改善它们的宽带和高功率THz发射的性能。在这里，我们报告超快太赫兹发射CoFeB/Ta双层在不同的样品温度在一个大的范围内解开的作用，内在和外在的自旋电荷转换过程。除了在太赫兹发射的增强，其温度依赖性显示太赫兹信号极性反转，如果CoFeB/Ta样品在升高的温度下退火。我们提取的自旋霍尔电阻率的行为，确定内在的自旋霍尔电导率的贡献，并与标准的Fe/Pt系统进行比较。我们的研究结果清楚地表明了一个巨大的界面贡献的整体自旋霍尔角所产生的修改后的界面在退火的CoFeB/Ta，其中在相应的自旋霍尔角的符号反转表现出从太赫兹振幅随温度的变化。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The current-induced spin-orbit torque and field-free switching from Mo-based magnetic heterostructures
Mo/CoFeB/MgO磁性异质结构具有很强的垂直磁各向异性和热稳定性。通过电流感生磁滞回线位移的测量，我们发现Mo/CoFeB/MgO异质结构的类阻尼自旋轨道矩（SOT）效率为$ξ_{DL}\approx -0.003\pm 0.001$，并且在300 $^\circ$ ~ 400 $^\circ$ C范围内与退火温度无关。虽然$|ξ_{DL}|$与Ta或W基异质结构相比很小，但仍然可以实现热稳定的Mo/CoFeB/MgO异质结构的可逆电流诱导SOT开关。此外，我们观察到无场电流诱导开关从Mo/CoFeB/MgO结构与Mo层被楔形沉积。我们的研究结果表明，即使是一个弱的自旋轨道相互作用的4d过渡金属，如钼，它仍然有可能产生足够的自旋电流为传统的SOT开关和实现无场电流感应开关的结构工程。
2018-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Damage Threshold and THz Generation Efficiency of (Fe,CoFeB)/(Ta,Pt) Spintronic Emitters
利用飞秒脉冲激发铁磁/铁磁自旋异质结构，利用逆自旋霍尔效应产生THz脉冲.相比之下，超快退磁/再磁化的贡献非常微弱。来自自旋电子THz发射器的最高可能的THz信号强度受到相应异质结构的光学损伤阈值的限制。即使在损伤阈值之前，太赫兹产生效率也不随激发通量而饱和。研究了双层（Fe，CoFeB）/（Pt，Ta）FM/NM自旋电子异质结构在800 nm亚50 fs放大激光脉冲泵浦下产生THz的优化性能。其中，CoFeB/Pt是最佳的THz源组合。优化的FM/NM自旋电子异质结的石英衬底上，具有α-相Ta作为的氧化层，显示出最高的损伤阈值相比，与Pt，无论其生成效率。石英衬底上的Fe/Ta异质结构的损伤阈值为~85 GW/cm 2。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Anomalous temperature dependence of current induced torques in CoFeB|MgO heterostructures with Ta based underlayers
研究了CoFeB中电流感生有效场的底层厚度和温度依赖关系|具有Ta基底层的MgO异质结构。有效场饱和的底层厚度在有效场的两个正交分量之间被发现是不同的，即类阻尼项倾向于在比类场项更小的底层厚度处饱和。对于大的底层厚度的薄膜中的有效场饱和，我们发现，温度显着影响的有效场的大小。一个显着的差异被发现在两个组件的温度依赖性：类阻尼项减少，而类场项增加，随着温度的升高。使用一个简单的自旋扩散-自旋转移模型，我们发现，所有这些结果可以解释提供的有效自旋混合电导的实部和虚部是负的。这些结果意味着，无论是在这个系统中的自旋输运是不同于传统的金属界面或影响其他自旋扩散到磁性层需要考虑，以准确地模拟系统。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field modulation of the non-linear areal magnetic anisotropy energy
研究了具有重金属衬底的CoFeB/MgO栅异质结中压控磁各向异性（VCMA）与铁磁层厚度的关系。当有效CoFeB厚度小于~1 nm时，Ta/CoFeB/MgO异质结构的VCMA效率随着CoFeB厚度的减小而显著降低。我们发现，一个高阶的唯象项，用来描述的厚度依赖性的面积磁各向异性能量也可以占面积VCMA效率的变化。在这种结构中，高阶项与常见的界面VCMA竞争，从而降低了在较低CoFeB厚度下的效率。面积VCMA效率即使在有效CoFeB厚度超过约lnm时也不饱和。我们认为高阶项与CoFeB/MgO界面处的应变有关：由于CoFeB层的平均应变随其厚度变化，CoFeB/MgO界面的电子结构变化，导致区域磁各向异性能和VCMA效率的变化。
2017-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced orbital magnetic moments in magnetic heterostructures with interface perpendicular magnetic anisotropy
我们研究了磁性异质结构中轨道磁矩对磁性层厚度的依赖性，以确定界面的贡献。三种不同的异质结构，Ta/CoFeB/MgO，Pt/Co/AlO $_x$和Pt/Co/Pt，具有显着的界面贡献的垂直磁各向异性，作为模型系统进行了研究。X射线磁性圆二色光谱用于评估构成异质结构的磁性元素的相对轨道矩，即轨道矩与自旋矩的比率。我们发现，Pt/Co/Pt中Co的相对轨道矩相对于其厚度保持不变，而Pt/Co/AlO $_x$中Co的相对轨道矩随Co层厚度的减小而增大，表明后者系统存在非零的界面轨道矩.对于Ta/CoFeB/MgO，只有Fe存在非零的界面轨道矩。X射线吸收谱表明，Pt/Co/AlO $_x$中存在一种特殊的Co氧化态，这种氧化态可能引起该体系的界面轨道矩。这些结果显示了元素特定的贡献，界面轨道磁矩在磁性异质结构。
2015-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Strain Coupled Domains in BaTiO3(111)-CoFeB Heterostructures
本文通过宽场克尔显微镜和微磁学模拟研究了BaTiO3(111)/CoFeB异质结中铁电畴与铁磁畴的应变耦合，揭示了磁易轴随铁电极化方向以60°或120°交替变化的规律，并发现带电畴壁宽度可通过面内磁场从192 nm调控至119 nm，为低功耗磁畴壁器件提供了新途径。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tailoring the Growth of $β$-Tungsten Using Substrate Bias and Its Effect on FMR-Driven Spin Pumping in $β$-W/Py Heterostructures
本文通过直流溅射中的衬底偏压调控钨薄膜相结构，在宽厚度范围内稳定生长β-W，并证明β-W/Py异质结相比α-W/Py具有更高的磁阻尼和有效自旋混合电导，且衬底偏压不损害界面质量，为自旋电子学薄膜工程提供了新途径。
2024-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Driving skyrmions with low threshold current density in Pt/CoFeB thin film
磁性Skyrmions是一种拓扑稳定的自旋涡旋粒子，是下一代自旋电子器件的理想材料。Skyrmions运动的预期低临界电流密度使它们成为未来节能电子器件的潜在候选者。在过去的十年中，已经探索了几种重金属/铁磁（HM/FM）系统，以在低电流密度下获得更快的Skyrmion速度。在这方面，我们已经研究了Pt/CoFeB/MgO异质结中的skyrmions已稳定在室温下（RT）。已经观察到的形状的skyrmions扰动，即使由小的杂散场所产生的低力矩磁尖，而执行的磁力显微镜（MFM），表明存在的低钉扎景观的样品。这一假设确实被我们样品中驱动Skyrmion的低阈值电流密度所证实，速度仅为10 m/s。
2023-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous and Nanocrystalline Topological Semimetal YPtBi/W/CoFeB Heterostructures for BEOL-Compatible Spin-Orbit Torque Devices
Western Digital Corp.（西部数据公司）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
本研究制备了兼容BEOL的YPtBi/W/CoFeB异质结构，明确其SOT响应源于W掺入YPtBi上界面，为规模化SOT存储及存算一体硬件提供了可行自旋源材料路线。
2026-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface control of the magnetic chirality in TaN|CoFeB|MgO heterosctructures
最近的进展，在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例，以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）在形成Neel型畴壁中起关键作用，该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动，自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里，我们表明，的符号，这决定了畴壁与电流移动的方向，可以通过修改相邻的非磁性层改变。我们发现当Ta底层掺杂氮时，在Ta |CoFeB| MgO异质结构中畴壁螺旋的旋转方向是相反的。Ta和氮掺杂的Ta底层的自旋霍尔角具有相同的符号，这表明在界面处限定了自旋霍尔角的符号。取决于旋转的方向，自旋转移力矩和自旋霍尔力矩可以相互竞争或相互帮助，从而影响用电流移动畴壁的效率。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unique excitonic effects in tungsten disulphide monolayers on two-layer graphene
已知原子级薄异质结构中的光发射取决于材料的类型、组成层的数量和堆叠顺序。在这里，我们表明，二维基板的厚度可以是至关重要的调制光发射。我们研究了单层二硫化钨（WS2）在单层和双层外延石墨烯上构建的垂直异质结构中的层依赖性电荷转移，揭示了层间电子耦合对这种异质结构的激子性质的影响。我们带来的证据表明，WS2的激子性质可以有效地调整支持石墨烯层的数量。将WS2单层与双层石墨烯集成导致光致发光响应的显著增强，与单层石墨烯上支撑的WS2相比高出一个数量级。我们的研究结果强调了在构建原子级薄层异质结构时衬底工程的重要性。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of Interfacial Oxygen Diffusion on the Magnetic Properties and Thermal Stability of Pd/CoFeB/Pd/Ta Heterostructure
研究退火诱导的界面氧扩散与氧化还原如何调控 Pd/CoFeB/Pd/Ta 多层膜的磁各向异性、阻尼及热稳定性，为 SOT、DMI 和斯格明子器件提供依据。
2024-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interface control of the magnetic chirality in CoFeB|MgO heterosctructures with heavy metal underlayers
最近的进展，在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例，以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）在形成Neel型畴壁中起关键作用，该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动，自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里，我们表明，在垂直磁化的X |CoFeB| MgO异质结构中，通过改变相邻的重金属底层（X），可以改变重金属的强度和符号。尽管具有相同的自旋霍尔角，但取决于底层，畴壁沿着或逆着电子流移动。我们发现，当底层由Hf变为W时，畴壁螺旋的旋转方向是相反的，并且畴壁螺旋的强度随重金属层的5d电子数的变化而变化。甚至可以通过向底层中添加氮来调节磁性，从而允许磁性异质结构中的磁性织构的界面工程。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching induced by spin-orbit torque from Co2MnGa magnetic Weyl semimetal thin films
研究了Co2 MnGa磁性Weyl半金属（WSM）薄膜中自旋电流产生的自旋轨道矩（SOT）引起的磁化翻转。我们在MgO（001）衬底上外延生长了具有高度B2有序结构的Co2 MnGa薄膜。在Co2 MnGa/Ti/CoFeB异质结中进行了SOT的谐波霍尔测量，获得了较大的自旋霍尔效率（-7.8%），并进一步证实了垂直磁化CoFeB层的SOT感生磁化翻转.二次谐波信号的对称性，自旋霍尔效率的厚度依赖性，和移动的反常霍尔环下施加电流进行了研究。本研究不仅有助于理解磁性WSM基异质结产生自旋电流的机制，而且为磁性WSM在自旋电子器件中的应用奠定了基础。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Huge hole injection in tungsten dichalcogenide heterostructures without electric gating: a DFT study
Centre of New Technologies University of Warsaw（华沙大学新技术中心）
研究通过密度泛函理论，将化学电容器概念扩展到范德华异质结构，筛选出XeF2和KrF2作为合适受体，计算出相应异质结构中的空穴浓度，证明稀有气体氟化物可为TMD异质结构载流子密度非接触工程提供有效途径。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast THz probing of nonlocal orbital current in transverse multilayer metallic heterostructures
该研究利用飞秒光激发产生的太赫兹发射，探测金属多层异质结构中的非局域轨道电流及轨道—电荷电流转换，并通过温度依赖测量区分轨道与自旋贡献。
2023-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Inverse Rashba-Edelstein THz emission modulation induced by ferroelectricity in CoFeB/PtSe2/MoSe2//LiNbO3 systems
本研究在双畴LiNbO3衬底上制备了CoFeB/PtSe2/MoSe2异质结构，通过铁电极化方向实现了对THz发射的显著调制，揭示了基于逆Rashba-Edelstein效应的低能耗场效应自旋轨道架构在新型THz技术中的潜力。
2024-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous vortex Hall effect in a ferromagnet/superconductor heterostructure
本研究在超导δ-TaN/铁磁CoFeB异质结构中实现了超导与铁磁共存，并在临界温度附近的混合态中观察到由底层CoFeB杂散场诱发的反常涡旋霍尔效应，为邻近效应诱导的涡旋动力学及新型超导自旋电子器件设计提供了新见解。
2025-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Orbital to charge current conversion in copper oxide heterostructures
School of Mechanical Engineering, Yeungnam University（庆北大学机械工程学院）
通过铁磁共振轨道泵浦，研究CuO厚度对轨道到电荷电流转换的影响，揭示轨道自由度在轨道电子学中的重要作用。
2026-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque switching through domain wall motion
在铁磁层被磁化的重过渡金属/铁磁金属/氧化物磁性异质结构中的磁化的确定性电流诱导自旋轨道转矩（SOT）切换通常需要外部施加的面内场来打破切换对称性。我们表明，通过插入一个面内磁化的铁磁层CoFeB下面的传统的W/CoFeB/MgO SOT异质结构，确定性的SOT开关的非均匀磁化的顶部CoFeB层可以实现，而不需要在面内偏置场。Kerr成像研究进一步揭示了所观察到的开关主要由畴成核和畴壁运动主导，这可能限制了将这种类型的多层堆叠设计用于纳米SOT-MRAM应用的潜力。实验开关行为与微磁模拟的比较表明，在我们的设备中的确定性开关不能解释的杂散场贡献的面内磁化层，和粗糙度引起的Néel耦合效应可能发挥更重要的作用，在实现所观察到的无场确定性开关。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer thickness dependence of the current induced effective field vector in Ta|CoFeB|MgO
电流感生的有效磁场在磁性异质结构中的作用越来越受到人们的关注，因为它可以提供有效的方法来电操纵磁化。两种效应，称为Rashba自旋轨道场和自旋霍尔自旋力矩，据报道是产生有效场的原因。然而，缺乏对有效场的定量理解，包括其相对于电流的方向。本文给出了Ta |CoFeB| MgO异质结中电流感生有效场的矢量测量。有效场与Ta和CoFeB层的厚度有很大的关系。特别地，Ta层的1nm厚度变化可以导致有效场的近两个数量级的差异。此外，当Ta层厚度减小时，其符号改变，表明存在两种竞争效应对有效场有贡献。的有效场矢量分量的相对大小，定向横向和平行于电流，随着Ta厚度的变化而变化。我们的研究结果说明了深刻的特点，只有几个原子层厚的金属和它们对磁化动力学的影响。
2012-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall torque driven chiral domain walls in magnetic heterostructures
描述了自旋霍尔力矩驱动下双磁性异质结构中磁畴壁的运动。我们展示了垂直磁化CoFeB的结果|具有各种重金属底层的MgO异质结构。畴壁根据底层材料的不同沿电流流动方向或逆电流流动方向移动。畴壁移动的方向与在这些异质结构中形成的畴壁螺旋的手性相关联。一维模型被用来描述的实验结果和提取参数，如Dzyaloshinskiii-Moriya交换常数，这是负责的畴壁螺旋的形成。本文描述了在磁性异质结构中界面控制所引起的快速效应。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Spin Nernst effect in Tungsten
自旋霍尔效应允许在电荷电流沿着具有大自旋轨道耦合的材料通过时产生自旋电流。最近已经预测，非磁性金属中的热流可以通过称为自旋能斯特效应的过程转换为自旋电流。本文报道了在W.在W/CoFeB/MgO异质结中，当温度梯度作用于薄膜上时，发现纵向和横向电压随磁场的变化。电压的场依赖性类似于自旋霍尔磁阻。温度梯度感应电压和自旋霍尔磁阻的比较允许直接估计的自旋能斯特角。我们发现W的自旋能斯特角与它的自旋霍尔角大小相似，但符号相反。有趣的是，在开路条件下，这种符号差异导致自旋电流产生大于其他情况。这些结果突出了自旋能斯特效应和自旋霍尔效应的不同特征，为探索具有独特能带结构的材料提供了途径，这些材料可以高效地产生大的自旋电流。
2017-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generating unconventional spin-orbit torques with patterned phase gradients in tungsten thin films
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
通过在钨薄片中图案化相梯度，实现无需外加磁场的自旋轨道扭矩调控，利用相变控制局部电子电流密度和自旋轨道扭矩效率，为高效自旋电子器件设计提供新途径。
2026-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Capping layer dependent anti-correlation between magnetic damping and spin-orbital to charge conversion
本研究通过在β-W/CoFeB双层膜上分别添加低SOC的C₆₀和CuOₓ覆盖层，发现磁阻尼与自旋-轨道电荷转换存在反相关关系，揭示了低SOC材料对调控磁化动力学、开发低功耗自旋电子器件的重要作用。
2024-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques acting upon a perpendicularly-magnetized Py layer
我们发现，Py，一种常用的软铁磁材料，具有弱各向异性，可以成为非对称磁化，而沉积在Ta缓冲层与Hf或Zr插入层（ILs）和MgO盖层。采用谐波电压测量和磁滞回线位移测量两种不同的方法，对具有垂直磁各向异性的Ta/IL/Py/IL/MgO磁性异质结构的类阻尼自旋轨道力矩（DL-SOT）效率进行了表征.我们发现，虽然Ta有一个显着的自旋霍尔效应，DL-SOT的效率是小的系统与Ta/Py接口相比，从传统的Ta/CoFeB接口的控制样品。结果表明，Ta/Py界面的自旋透明性远小于Ta/CoFeB界面，这可能与不同界面的自旋混合电导有关.
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Spin-Orbit Torques and Magnetization Switching through Interface Engineering
自旋-轨道力矩的起源是由电荷-自旋电流的转换产生的，这一点有相当大的争议。深入理解其背后的物理过程是发展异质结中电流和电压控制开关动态特性的关键。最近观察到的场自由切换（Phys. 120，117703（2018））在Pt/W/CoFeB结构加剧了这样的争论。在这里，我们推导出一个公式来评估当电流流过异质结构时产生的垂直有效场，考虑到两个正常金属层之间的大电阻率差和在界面处产生的化学电势梯度。再加上最近的X射线光电子能谱学的研究结果在界面的Pd/CoFeB结构，我们得出结论，一个新的扭矩产生的场自由开关可能发挥关键作用。所提出的模型和机制与以前报道的自旋电流注入和场自由开关使用不同的界面工程方法。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Inductive detection of inverse spin-orbit torques in magnetic heterostructures
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨技术大学凯泽斯劳滕-兰道）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
研究通过诱导技术检测磁异质结构中的反向自旋轨道扭矩，利用自旋轨道扭矩驱动磁化动态，并通过矢量网络分析仪研究自旋动力学与反向自旋轨道扭矩过程中的电荷电流生成。
2024-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Quantitative characterization of the spin orbit torque using harmonic Hall voltage measurements
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。为了估计这种力矩或有效磁场的大小和方向，已经采用了许多方法。在这里，我们研究绝热（低频）谐波霍尔电压测量，已被用来研究有效字段。我们推导出一个解析公式的谐波霍尔电压，以评估的有效字段为面外和面内磁化系统。该公式与基于宏观自旋模型的数值计算结果一致。利用该公式对两种不同的面内磁化膜Pt |CoFeB| MgO和CuIr |CoFeB| MgO进行了研究。后一个系统获得的有效字段显示出相对较好的协议，估计使用自旋扭矩切换相图测量先前报道。我们的研究结果说明了通用的适用性谐波霍尔电压测量研究电流感应转矩的磁性异质结构。
2013-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin injection and pumping generated by a direct current flowing through a magnetic tunnel junction
通过磁性隧道结（MTJ）的电荷流导致自旋极化电流的产生，该自旋极化电流对磁化施加自旋转移力矩（STT）。当施加的直流电流密度超过某个临界值时，STT在MTJ的“自由”电极中激发高频磁化进动。这种旋进产生微波输出电压，并且还可以用于自旋泵入相邻的正常金属或半导体。在这里，我们从理论上描述的自旋动力学和电荷输运的CoFeB/MgO/CoFeB/Au隧穿异质结连接到一个恒流源。通过对Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程进行数值积分，计算了具有弱垂直各向异性的自由CoFeB层中的磁化动力学，该方程同时考虑了与CoFeB相关的STT和压控磁各向异性|MgO界面结果表明，在一定范围内的相对较低的电流密度下，可以产生一个大角度的磁化进动，由电诱导的动态自旋重取向转变。然后，与注入的自旋电流一起评估振荡的自旋电流，该振荡的自旋电流由于这种进动而被泵入Au覆盖层。同时考虑驱动自旋极化电荷流和泵浦自旋电流，我们还描述了CoFeB/Au双层膜中的电荷输运，并考虑了反常和逆自旋霍尔效应.计算CoFeB/Au双层的横向侧之间的电势差作为距CoFeB的距离的函数|MgO界面结果发现，这种横向电压信号在金是足够大的实验检测，这表明所提出的电流驱动的自旋注入器的显着效率。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-Induced magnetization switching by the high spin Hall conductivity $α$-W
源自诸如Pt、Ta和W的5d重过渡金属薄膜的自旋霍尔效应能够产生可以切换相邻磁性层的有效自旋轨道转矩。这种机制可以作为控制下一代磁存储器的传统自旋转移力矩的替代方案。在所有5d过渡金属中，W在其电阻性非晶相中通常显示出最大的自旋-轨道扭矩效率~ 0.20-0.50。相比之下，其导电和结晶$α$相具有显著更小的效率~ 0.03，并且使用$α$ -W薄膜作为自旋霍尔源尚未实现自旋轨道转矩切换。在这项工作中，通过对高质量W/CoFeB/MgO和反向MgO/CoFeB/W磁性异质结构的全面研究，我们发现，虽然非晶W具有更大的自旋轨道扭矩效率，但$α$ -W（$|σ_{\operatorname{SH}}^{α\operatorname{-W}}|=3.71\times10^{5}\operatornameΩ^{-1}\operatorname{m}^{-1}$）的自旋霍尔电导率比非晶W（$|σ_{\operatorname{SH}}^{\operatorname{amorphous-W}}|=1.05\times10^{5}\operatornameΩ^{-1}\operatorname{m}^{-1}$）大约3.5倍。此外，我们展示了自旋-轨道力矩驱动的磁化翻转使用MgO/CoFeB/ $α$ -W异质结构。我们的研究结果表明，导电和高自旋霍尔电导率$α$ -W可以是一个潜在的候选人，为…
2019-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnon-mediated perpendicular magnetization switching by topological crystalline insulator SnTe with high spin Hall conductivity
本研究在室温下利用拓扑晶体绝缘体SnTe的高自旋霍尔电导率产生磁振子流，穿过NiO层对CoFeB施加磁振子力矩，实现垂直磁化低功耗翻转，功耗较Bi2Te3对照样品降低22倍。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Band Alignment in Black Phosphorus/Transition Metal Dichalcogenide Heterolayers: Impact of Charge Redistribution, Electric Field, Strain and Layer Engineering
本工作的目的是通过密度泛函理论（DFT）模拟研究电荷重新分布、外加层法向电场、外加应变和层工程对黑磷（BP）/二硫化钼（MoS 2）异质结构能带排列的影响。黑磷是一种p型材料，具有高迁移率，机械灵活性和对层数的敏感性。将其与电负性更强的材料结合，MoS 2导致强载流子限制和II型异质结构。层间的电荷重新分布改变了电子亲合规则所预期的能带排列。所施加的外部场、应变和多个BP层提供在II型范围内的能带对准可调性和/或向I型和III型异质结构的过渡。BP/MoS 2异质结构的可调谐性可用作隧道场效应晶体管、具有可调谐势垒高度的整流二极管、可重构FET和电光调制器。此外，考虑单层BP与其他单层过渡金属二硫属化物（TMD）的异质结构表明实现不同能带排列类型的能力。在我们的模拟中，I型排列被发现与二硒化钨（WSe 2）、二硒化钼（MoSe 2）和二硫化钨（WS 2），以及三硫化铪（HfS 2）和二硒化铪（HfSe 2）的III型排列。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On-chip all-electrical determination of the magnetoelastic coupling constant of magnetic heterostructures
本文提出一种片上全电学方法，利用压电基底和叉指换能器施加应变，通过横向电阻变化测定CoFeB磁异质结的磁弹耦合常数，并揭示其与薄膜堆叠结构及弹性质的关联。
2023-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystalline-dependent magnon torques in all-sputtered Hf/Cr2O3/ferromagnet heterostructures
Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）
研究通过全溅射Hf/Cr₂O₃/铁磁体异质结构，发现Cr₂O₃晶格结构对磁子扭矩有显著影响，实现了高效垂直磁化翻转。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Observation of large perpendicular magnetic anisotropy and excessive polar magneto-optical effect in Pt/CoFeB/Ru tri-layer system
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research（UGC-DAE科学研究联盟）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Kyushu Institute of Technology（九州工业大学）
研究Pt/CoFeB/Ru三层层状系统中大垂直磁各向异性及极化磁光效应，揭示其在自旋电子学中的应用潜力。
2026-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Current Control of Magnetic Anisotropy via Stress in a Ferromagnetic Metal Waveguide
我们证明了面内电荷电流可以有效地控制Al2O3/CoFeB/Ta异质结中的自旋旋进共振。利用布里渊光散射（BLS）技术研究了微波激发下固定频率自旋波的铁磁共振场。自旋旋进共振的电流控制起源于面内单轴磁各向异性场H_k的改变，它相对于电流方向对称地变化。数值模拟结果表明，焦耳热引入的各向异性应力对H_k的控制起着重要作用。这些结果提供了新的见解，目前操纵的磁性和自旋电子器件具有广泛的影响。
2016-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Conserving Resonant Tunneling in Twist-Controlled WSe2-hBN-WSe2 Heterostructures
我们研究异质结构的层间隧穿由两个钨二硒化物（WSe 2）单层与控制旋转对齐，并分开的六方氮化硼。在两个WSe 2单层旋转排列的样品中，我们观察到共振隧穿，表现为在零层间偏压附近的大电导和负微分电阻，这源于能量和动量守恒隧穿。由于自旋-轨道耦合导致耦合的自旋-谷自由度，两个WSe 2单层之间的扭曲允许我们探测隧穿中自旋-谷自由度的守恒。在异质结构中，两个WSe 2单层具有180°的相对扭曲，使得一层的布里渊区与相对层的时间反演布里渊区对齐，层之间的共振隧穿被抑制。这些研究结果提供的证据表明，除了动量，自旋谷自由度也保存在垂直运输。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dzyaloshinskii Moriya interaction across antiferromagnet / ferromagnet interface
反铁磁（AFM）/铁磁（FM）接口是最近开发的纯电动或超快控制FM自旋的核心重要性，其中潜在的机制仍然没有得到解决。本文报道了在IrMn/CoFeB薄膜的AFM/FM界面上直接观察到的DzyaloshinskiiiMoriya相互作用。利用布里渊光散射，从FM层中的非对称自旋波色散定量测量了界面散射。在1- 7.5 nm范围内，随着IrMn层厚度的增加，薄膜的抗弯强度提高了7倍。我们的研究结果提供了更深入的了解耦合在AFM/FM接口，并可能刺激新的设备概念，利用手性自旋纹理，如磁性skyrmions在AFM/FM异质结构。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature observation of the anomalous in-plane Hall effect in epitaxial thin films of a Weyl ferromagnet
本研究通过外延生长kagome金属Fe3Sn薄膜，实验证实了由拓扑外尔点诱导的室温反常面内霍尔效应，并利用CoFeB层磁杂散场增强该效应，为拓扑磁体设计提供了新范式。
2025-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
RF field characterization and rectification effects in spin pumping and spin-torque FMR for spin-orbitronics
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS UMR 7198, Institut Jean Lamour（法国国家科学研究中心联合研究实验室7198，让·拉穆尔研究所）；Universidad Nacional Mayor de San Marcos（圣马科斯国立大学）
本文研究了自旋轨道到电荷转换效率的量化，提出了一种理论模型和实验方法以准确测量射频场强度，发现自旋泵浦和自旋扭矩FMR信号可通过整流效应产生，且在铁磁层厚度≤6nm时整流效应可忽略。
2026-02-16 cond-mat.mtrl-sci
