Tunable Spin-Orbit Torques in Cu-Ta Binary Alloy Heterostructures
发现自旋霍尔效应（SHE）在重过渡金属（HM）（诸如Ta和W）中在它们的非晶和/或高电阻率形式下是强的。在这项工作中，我们表明，通过采用Cu-Ta二元合金作为缓冲层的非晶Cu $_{100-x}$ Ta $_{x}$基磁性异质结构的垂直磁各向异性（PMA），SHE诱导的阻尼类自旋-轨道扭矩（DL-SOT）效率$|ξ_{DL}|$可以通过调节缓冲层的电阻率线性调谐。电流感应SOT开关也可以实现在这些Cu $_{100-x}$ Ta $_{x}$为基础的磁性异质结构，我们发现更好地解释了SOT辅助畴壁传播图片的开关行为。通过对不同组成的Cu $_{100-x}$ Ta $_{x}$基样品的系统研究，确定了富Ta区自旋霍尔电导率$|σ_{SH}|\approx2.02\times10^{4}[\hbar/2e]Ω^{-1}\cdot\operatorname{m}^{-1}$的下限。基于电阻率调谐的思想，我们进一步证明，$|ξ_{DL}|$可以提高从0.087纯钽到0.152，通过采用电阻TaN缓冲层。
2017-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Tunnel magnetoresistance and spin-transfer-torque switching in polycrystalline Co2FeAl full-Heusler alloy magnetic tunnel junctions on Si/SiO2 amorphous substrates
研究了在Si/SiO2非晶衬底上制备的多晶B2型Co2 FeAl（CFA）全Heusler合金磁性隧道结（MTJ）。采用MgO缓冲层制备了具有（001）取向、高B2有序度和平整表面的多晶CFA薄膜。在7.5 nm厚的MgO缓冲层上，CFA/MgO/CoFe结构的MTJ的隧道磁电阻（TMR）比高达175%。自旋转移力矩诱导的磁化切换实现在MTJ与2 nm厚的多晶CFA膜作为开关层。使用热活化模型，确定本征临界电流密度（Jc。）为8.2 x 10^6 A/cm ^2，其低于外延CFA-MTJ的值2.9 x 10^7 A/cm ^2 [Appl. Phys. Lett. 100，182403（2012）]。我们发现，吉尔伯特阻尼常数评估使用铁磁共振测量的多晶CFA薄膜为~0.015，几乎是独立的CFA厚度（2~18 nm）。多晶MTJ的低Jc 0主要归因于与外延层中的值（~0.04）相比CFA层的低阻尼。
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Effects of spin-orbit torque on the ferromagnetic and exchange spin wave modes in ferrimagnetic CoGd alloy
利用微聚焦布里渊光散射技术研究了自旋-轨道矩对几乎角动量补偿的亚铁磁CoGd合金薄膜中热自旋波的影响。自旋-轨道力矩由在CoGd附近的Pt层中流动的电流产生。在我们的测量中，铁磁和交换模式都被检测到。铁磁模的强度和线宽由自旋轨道矩修正。相反，交换模的性质不受自旋轨道力矩的影响。我们还发现，这两种模式的频率和线宽显着修改焦耳加热，由于强烈的温度依赖性的CoGd的磁性在角动量补偿点附近。我们的研究结果提供了深入了解的机制，可以实现亚太赫兹磁性纳米振荡器的基础上亚铁磁材料，以及在反铁磁体的相关影响。
2020-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Toward 100% Spin-Orbit Torque Efficiency with High Spin-Orbital Hall Conductivity Pt-Cr Alloys
5d过渡金属Pt是用于在Pt/铁磁层（FM）异质结构中有效产生自旋-轨道力矩（SOT）的典型自旋霍尔材料。然而，长期以来，在巨大的工程努力下，Pt和Pt合金的类阻尼SOT效率（$ξ_{DL}$）仍然被限制为$ξ_{DL}$ <0.5。在这里，我们提出，与适当的合金元素，特别是3d过渡金属V和Cr，高自旋轨道霍尔电导率（$σ_{SH}{\sim}6.5{\times}10^{5}({\hbar}/2e)Ω^{-1}{\cdot} m^{-1}$）可以开发。特别是对于Cr掺杂的情况，Pt $_{0.69}$ Cr $_{0.31}$ /Co器件中极高的$ξ_{DL}{\sim}0.9$可以用$ρ_{xx}{\sim}133 μΩ{\cdot}cm$的中等Pt $_{0.69}$ Cr $_{0.31}$电阻率来实现。低临界SOT驱动开关电流密度的$J_{c}{\sim}3.2{\times}10^{6} A{\cdot}cm^{-2}$也被证明。Pt $_{0.69}$ Cr $_{0.31}$ /FM结构的阻尼常数（$α$）也被发现从纯Pt/FM情况下的0.078减小到0.052。这种Pt-Cr/FM异质结构的总体高$σ_{SH}$、巨大的$ξ_{DL}$、中等的$ρ_{xx}$和减小的$α$使其有希望用于通用的极低功耗SOT存储器应用。
2022-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torques in ferrimagnetic GdFeCo Alloys
研究了富过渡金属（TM）和富稀土（RE）两种结构的亚铁磁性Gd $_x$（Fe $_{90}$ Co $_{10}$）$_{100-x}$薄膜的自旋-轨道转矩开关。自旋-轨道扭矩驱动的磁化切换遵循相同的偏手性在TM-丰富和RE-丰富的样品相对于总磁化，但偏手性的切换是相反的相对于TM磁化。这表明自旋-轨道-转矩驱动的磁切换的符号遵循总磁化，尽管基于输运的技术（诸如异常霍尔效应）仅对过渡金属磁化敏感。这些结果为研究反铁磁耦合亚晶格材料中自旋角动量转移的物理性质提供了重要的理论依据。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness Dependence of Spin-Orbit Torques in Ferrimagnetic GdFeCo Alloys
迄今为止，垂直磁各向异性铁磁体的自旋轨道矩（SOT）研究仅限于超薄样品，而系统研究其厚度依赖性的文献尚不多见。在这篇文章中，我们讨论了SOT的厚度依赖性的GdFeCo样品与体PMA。我们发现，有效的SOT领域的厚度的函数，而自旋霍尔角保持不变，预期从角动量守恒的相反减少。此外，我们表明，即使30 nm厚的GdFeCo样品可以切换与SOT。这具有重要的技术意义，因为开关效率不依赖于厚度。最后，我们研究了30nm厚GdFeCo样品中SOT的组分依赖性，发现自旋力矩有效场在磁化补偿点处发散。
2017-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques and magnetization switching in Gd/Fe multilayers generated by current injection in NiCu alloys
研究Ni$_{1-x}$Cu$_{x}$合金在Gd/Fe多层膜中产生的电流诱导自旋轨道力矩，发现其效率随Ni浓度增加而提升，实现了低阈值电流的磁化翻转，证明该合金是高效控制磁化的可持续材料。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong Spin-Orbit Torque Induced by the Intrinsic Spin Hall Effect in Cr1-xPtx
本文报道了用轻3d铁磁Co作为自旋电流探测器，对Cr_（1-x）Ptx合金中自旋电流产生的自旋-轨道矩进行的研究。我们发现，阻尼类自旋轨道扭矩的Cr 1-xPtx/Co双层膜可以通过调整在Cr 1-xPtx层中的Cr浓度，与最大值为0.31，在最佳的组成Cr 0.2Pt 0.8。我们发现，在Cr 1-xPtx合金的自旋电流产生可以充分理解的特性之间的权衡的固有自旋霍尔电导率的Pt和载流子寿命在脏限制。我们没有发现这种材料中其他机制产生自旋电流的证据，这表明Cr的作用与以前研究中的其他金属和氧化物完全相同。这项工作还确立了低电阻率Cr0.2Pt0.8作为磁存储器和计算技术的节能自旋轨道扭矩提供者。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Switching of 3-Terminal Magnetic Tunnel Junctions by the Giant Spin Hall Effect of $\rm{Pt}_{85}\rm{Hf}_{15}$ Alloy
最近的研究表明，引入增加Pt电阻率的杂质可以提高其产生的自旋霍尔扭矩的效率。在这里，我们直接证明了这种策略的有用性，通过制造原型3端面内磁化磁性隧道结，利用自旋霍尔扭矩从$\rm{Pt}_{85}\rm{Hf}_{15}$合金，并测量开关的临界电流。我们发现，$\rm{Pt}_{85}\rm{Hf}_{15}$降低开关电流密度相比，纯铂的准静态斜坡电流偏置和纳秒级电流脉冲的约2倍，从而证明了这种方法的可行性，以协助开发高效的嵌入式磁存储器技术。
2018-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Overcoming the Efficiency-Stability Trade-off in Spin-Orbit Torque Devices with Thermally Robust BCC NiW Alloys
National Tsing Hua University（国立清华大学）；National Taiwan University（国立台湾大学）
该研究针对SOT磁存储器的效率-稳定性权衡问题，开发BCC NiW合金作为自旋电流源，实现超低临界电流密度，兼具高热稳定性，为SOT-MRAM提供了可扩展的材料平台。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Strong damping-like spin-orbit torque and tunable Dzyaloshinskii-Moriya interaction generated by low-resistivity Pd$_{1-x}$Pt$_x$ alloys
尽管它们在提供用于在纳米级非常有效和快速地操纵磁化的路径方面具有很大的前景，但是由于每单位电流偏置的低阻尼类SOT效率和/或自旋霍尔材料的非常高的电阻率，自旋轨道转矩（SOT）操作目前是能量效率低的。在这里，我们报告了一种有利的自旋霍尔材料，Pd 1-xPtx，它结合了低电阻率与巨大的自旋霍尔效应证明通过使用三个独立的SOT铁磁探测器。最佳的Pd0.25Pt0.75合金具有大于0.47的巨大内部自旋霍尔比（对于所有三种铁磁体的阻尼类SOT效率为~ 0.26）和在4 nm厚度下~57.5 μΩ cm的低电阻率。此外，我们还发现了Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，这是操纵手性自旋排列的关键因素（例如，磁Skyrmions和手性畴壁），与Ta/Fe_（0.6）Co_（0.2）B_（0.2）或W/Fe_（0.6）Co_（0.2）B_（0.2）界面相比，Pd_（1-x）Pt_x/Fe_（0.6）Co_（0.2）B_（0.2）界面处的Pt_（0.6）界面处的Pt_（0.2 Fe0.6Co0.2B0.2界面，并且可以通过经由重金属组合物控制界面自旋-轨道耦合来调节因子5。这项工作建立了一个非常有效的自旋电流发生器，结合了显着的高能量效率与一个非常强大的和可调的先进的手征自旋电子学和自旋力矩应用的驱动器。
2019-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal contribution to the spin-orbit torque in metallic/ferrimagnetic systems
本文系统地研究了具有强垂直磁各向异性的W/Co $_{x}$ Tb $_{1-x}$ /Al薄膜中的电流感应垂直磁化翻转。介绍了具有不同磁补偿温度的Co、$_{x}$、Tb、$_{1-x}$亚铁磁合金。在10 ~ 350 K的低温恒温器温度范围内，用MOKE、SQUID和反常霍尔电阻对系统进行了表征。电流开关实验是在自旋-轨道力矩几何中进行的，其中电流脉冲在平面中注入，并且通过测量霍尔电阻来检测磁化反转。在所有样品中都观察到了完全的反转磁化。一些实验结果只能用电流脉冲注入过程中强烈的样品加热效应来解释。我们已经发现，对于给定的组成$x$和切换极性，器件在切换之前总是达到相同的温度$\textit{T}_{switch}(x)$，而与低温恒温器温度无关。$\textit{T}_{switch}$似乎与Co $_{x}$ Tb $_{1-x}$亚铁磁合金的居里温度成比例。这解释了临界电流（和临界电流密度）随合金浓度的变化。未来的应用可以利用这种加热效应，这允许减少面内外部场。当电流允许产生的热量超过补偿温度时，观察到意外的双磁化切换。
2017-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Vertically Graded Fe-Ni Alloys with Low Damping and a Sizeable Spin-Orbit Torque
针对传统双层结构减小厚度导致阻尼增加的问题，研究提出通过Fe-Ni合金垂直成分梯度打破体反演对称性，在10 nm单层铁磁体中同时实现低阻尼和显著自旋轨道力矩，为节能自旋电子器件提供新方案。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reducing critical current for spin-transfer-torque-induced magnetization reversal in CPP-GMR devices: effect of low damping and enhanced spin scattering asymmetry in $Co_2FeGa_{0.5}Ge_{0.5}$ Heusler alloy
本研究利用$Co_2FeGa_{0.5}Ge_{0.5}$赫斯勒合金的低阻尼与高自旋极化特性，通过将其用作自由层及与CoFe构成双层自旋注入层，有效降低了CPP-GMR器件中STT诱导磁化反转的临界电流，提升了器件效率与稳定性。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental study of extrinsic spin Hall effect in CuPt alloy
实验研究了在轻金属Cu中系统地添加Pt对自旋霍尔角的影响。我们对Py/CuPt双层膜进行了自旋矩铁磁共振测量，发现随着Pt浓度的增加，CuPt合金的自旋霍尔角增加。在CuPt合金中，只有28%的Pt能产生与Pt相近的自旋霍尔角。我们进一步提取了不同Pt浓度下CuPt合金的自旋霍尔电阻率，发现在低Pt浓度下斜散射的贡献较大，而在高Pt浓度下侧跳的贡献较大.从技术的角度来看，由于CuPt合金可以承受高的加工温度，并且Cu是Si平台中最常见的金属化元素，因此将基于CuPt合金的自旋电子器件集成到现有的Si制造技术中会更容易。
2017-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Light-induced torque in ferromagnetic metals via orbital angular momentum generated by photon-helicity
本研究通过探究Co$_{1-x}$Pt$_{x}$合金薄膜中光子螺旋度诱导的磁化进动，发现了单个铁磁层中未被讨论的类阻尼力矩，并基于自旋轨道耦合模型阐明了力矩的成分依赖性，增进了对磁金属中光子螺旋度与磁化相互作用物理机制的理解。
2025-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing z spin generation in trivial spin Hall materials for scalable, energy-efficient, field-free, complete spin-orbit torque switching applications
本文通过 Pt 与 Ti 合金化及电学不对称工程，在 Pt75Ti25/FeCoB 中实现 z 自旋产生的大幅增强，从而实现可扩展、高能效、无外场的完全自旋轨道矩翻转，并展示了其优异的热稳定性和集成兼容性。
2025-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Large Exotic Spin Torques in Antiferromagnetic Iron Rhodium
自旋力矩是一个很有前途的工具，驱动磁化动力学的新的计算技术。这些扭矩可以很容易地通过自旋-轨道效应产生，但是对于大多数传统的自旋源材料，高度的晶体对称性限制了所产生的自旋扭矩的几何形状。磁有序是降低材料对称性并允许外来扭矩的一种方法，而反铁磁体特别有前途，因为它们对外部场很强大。我们提出了自旋力矩铁磁共振测量和二次谐波霍尔测量表征反铁磁铁铑合金的自旋力矩。我们报告了极大的，强烈的温度依赖性的奇异自旋扭矩的几何形状显然定义的磁有序方向。我们发现铁铑的自旋矩效率在170 K时为（330 $\pm$ 150）%，在室温时为（91 $\pm$ 32）%。我们支持我们的结论与理论计算表明如何在铁铑的反铁磁有序引起这样的外来扭矩。
2021-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbital Hall Nano-Oscillators using PtCr/NiFe
University of Gothenburg（哥德堡大学）；Tohoku University（东北大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Vietnam Academy of Science and Technology（越南科学技术院）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
该研究利用PtCr/NiFe异质结构，通过合金工程实现巨大自旋轨道转矩，降低自旋轨道霍尔纳米振荡器的阈值电流密度，建立低功耗非线性自旋电子学器件的可扩展材料平台。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and Magnetic Properties of Fe-Al alloys: an Ab initio Studies
在密度泛函理论的框架下，研究了Fe-$_{100-x}$-$_x$合金（${5 \leq x \leq 25}$ ~at.\%）的结构和磁性.不同的结构顺序进行了研究。使用Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法和相干势近似，计算了D 0 $_3$，B2和A2结构的平衡晶格参数，基态能量和剪切模量。对于所有的结构，优化的晶格常数增加，而剪切模量表现出降低的行为与Al含量的增加。用转矩法估算了四阶磁致伸缩常数。A2和B2结构提供了一个积极的贡献，四重磁致伸缩。利用海森堡模型的蒙特卡罗模拟，得到了较宽浓度范围内的居里温度。
2022-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of spin Hall conductivity in W-Ta alloy
通过重金属中的自旋霍尔效应产生纯自旋电流是近十年来的一个活跃的研究课题。为了减少有效地切换相邻铁磁层以用于应用所需的能量，不仅应该增加电荷-自旋转换效率，而且还应该降低重金属的纵向电阻率。在这项工作中，我们研究了自旋霍尔电导率在W_{1-x} Ta_{x} / CoFeB / MgO（x = 0 - 0.2）使用自旋扭矩铁磁共振测量。将W与Ta合金化后，样品的有效自旋霍尔角（从-0.15到-0.3）和纵向电阻率（60 - 120 μW·cm-1）都发生了2倍的变化。当Ta含量为11%时，自旋霍尔角达到-0.3，纵向电阻率为100 μW·cm-1，这使得这种W基合金的功耗非常低。这项工作表明，溅射沉积的W-Ta合金可能是一种有前途的高能效自旋电流产生材料。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Mn2V0.5Co0.5Z (Z= Ga, Al) Heusler alloys: Fully compensated ferrimagnets with high Tc and compensation temperature
高TC完全补偿亚铁磁体是基于自旋转移矩的自旋电子器件的潜在候选者。本文报道了高TC全补偿铁磁材料Mn_2 V_（0.5）Co_（0.5）Z（Z为Ga，Al）的快淬薄带和电弧熔炼块材的结构和磁性能。当母合金Mn 2 YZ（其中Y是V、Co，Z是Ga，Al）表现出约2 μ B/f.u的磁矩值时，Mn 2 V 0.5 Co 0.5 Ga合金表现出0.09和0.13 μ B/f. u的几乎完全补偿的室温磁矩值。分别为块状和带状。对于Mn2V0.5Co0.5Al，这被证明是0.04和0.08 μ B/f.u.与块状样品的Neel P型铁磁行为相比，薄带样品表现出Neel N型铁磁特性，Ga合金的补偿温度为420 K，Al合金的补偿温度为275 K。所有样品的TC值均大于640 K。电弧熔炼和快淬合金的磁性能的差异表明，即使化学计量和样品制备方法的微小变化也会影响补偿系统的物理性能。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Designing compensated magnetic states in tetragonal Mn3Ge-based alloys
磁补偿态由于具有大交换偏置和大介电常数等优点，以及无杂散场等优点，在反铁磁自旋电子学中有着潜在的应用前景，引起了人们的广泛关注。本文采用KKR-CPA方法对Ni（Pd，Pt）掺杂的Mn_3Ge基D 022型四元Heusler合金进行了从头计算，得到了它们的完全补偿态.我们发现Mn_（3-x）Y_xGe（Y = Ni，Pd，Pt）中的总磁矩变化在补偿点（x = 0.3）处是不对称的，这与Mn_3Ga中的实验结果高度一致.此外，一个不寻常的不连续跳跃观察到的临界零力矩点，表明一些非平凡的性质可以出现在这一点上。进一步的电子分析的三个补偿组合物揭示大的自旋极化，连同高居里温度的主机Mn 3Ge，使他们有前途的候选人自旋转移力矩的应用。
2016-10-17 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
Orbital Torque in Rare-Earth Transition-Metal Ferrimagnets
本文研究稀土-过渡金属亚铁磁体中的轨道矩，发现通过改变Gd含量和温度可调控轨道矩的符号与大小，并揭示Gd位点的局域轨道-自旋转换比Co强约五倍且符号相反，低温下净轨道矩显著增强。
2024-06-28 cond-mat.mtrl-sci
A fully relativistic description of spin-orbit torques by means of linear response theory
自旋轨道力矩（SOT）的对称性和大小，即，电流引起的扭矩磁化系统缺乏反转对称性，研究在一个完全相对论性的线性响应框架的基础上的久保形式主义。将固体磁点群中包含的所有时空对称运算应用于相应的响应系数，即表示为转矩-电流关联函数的转矩，得到了对正、逆响应张量形状的限制。这些示出适用于相应的热模拟，以及，即响应于温度梯度或热流的直接和逆热SOT。使用库博-巴斯丁公式的torkance到第一原理多散射格林函数框架的实施和占无序效应通过所谓的相干势近似（CPA），所有的贡献SOT在纯系统中，稀释以及集中的合金可以被平等对待。这样，fcc（111）三层合金系统Pt中所有torkance张量元素的材料特定值|Fe $_x$ Co $_{1-x}$|铜在一个很宽的浓度范围内获得和讨论的结果相比，电导率和自旋电导率，以及以前的工作-特别是关于对称性w.r.t.磁化反转和各种贡献的性质。
2016-04-11 cond-mat.mes-hall 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
Strong enhancement of the spin Hall effect by spin fluctuations near the Curie point of FexPt1-x alloys
最近在具有强自旋轨道相互作用的非磁性重金属体系中观察到了强自旋霍尔效应（SHE）。这些SHE要么归因于固有的带结构效应，要么归因于杂质的非本征自旋相关散射，即侧跳或斜散射。在这里，我们报告了一个非常强大的自旋霍尔效应，归因于自旋波动，在铁磁FexPt 1-x合金的居里点附近，可调x。这导致在相邻铁磁层上施加类似阻尼的自旋-轨道扭矩，该扭矩在该过渡区域中强烈地依赖于温度，具有指示FePt内的峰值自旋霍尔比的下限0.34（±）0.02的峰值。我们还观察到一个明显的峰值在FM/FePt界面的有效自旋混合电导，并确定在这些FexPt 1-x合金的自旋扩散长度。这些结果为强自旋涨落铁磁系统的自旋动力学和输运的基础研究提供了新的机会，并为有效产生强自旋电流的应用提供了新的途径。
2018-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature spin-orbit torque efficiency and magnetization switching in SrRuO3-based heterostructures
该研究通过谐波霍尔测量表征 SrRuO3 与 IMA/PMA 磁性合金异质结构，证实其室温 SOT 效率约 0.2，并实现低阈值电流密度的磁化翻转。
2022-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Switching ferromagnetic spins by an ultrafast laser pulse: Emergence of giant optical spin-orbit torque
更快的磁纪录技术是海量数据存储和大数据科学不可或缺的。{全光自旋开关提供了一种可能的解决方案}，但目前它仅限于少数昂贵且复杂的稀土亚铁磁体。在更丰富的铁磁体中的自旋开关可能会大大扩展全光自旋开关的范围。在这里，通过研究40，000个铁磁自旋，我们表明，这是决定自旋开关过程中的铁磁体和亚铁磁体的光学自旋轨道力矩。只有当合金中每种成分的有效自旋角动量超过临界值时，才会发生自旋转换。由于强交换耦合，铁磁体中的自旋开关比弱耦合亚铁磁体快得多。这为全光自旋开关建立了一个范例。由此产生的磁场（65 T）是如此之大，它将显著降低自旋电子学中的高电流，从而代表了光自旋电子学的开始。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Theory of damping in magnetization dynamics, dispelling a myth and pointing a way forward
理论家们普遍认为，对于T=0的纯金属，磁化动力学中的吉尔伯特阻尼参数α是无穷大的。明确指出了导致这种信念的基本错误，并根据铁磁共振谱的洛伦兹线型统一看待所用的各种计算方法。提出了一个α的通用扭矩公式，作为处理非均匀材料如合金、化合物和层状结构的良好起点。局域自旋密度泛函理论提供了一个简单的物理图像，在铁磁共振中的非均匀进动锥角，这种不均匀性如何有助于阻尼。在互补多体理论中，这一贡献由对转矩-转矩响应函数的顶点修正给出。
2018-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Composition-dependent magnetic response properties of Mn$_{1-x}$Fe$_x$Ge alloys
采用相对论多重散射KKR（Korringa-Kohn-Rostoker）第一性原理计算方法，研究了Mn $_{1-x}$ Fe $_x$ Ge合金的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用、自旋轨道矩以及反常电导率和自旋霍尔电导率随组分的变化.的$D_{\rm xx}$组分的Fe浓度表现出很强的依赖性，改变符号在$x \approx 0.85$与以前的理论计算，以及与实验结果表明自旋螺旋度的变化在$x \approx 0.8$。一个相应的行为与符号的变化在$x \approx 0.5$预测也为费米海贡献的SOT，因为这是密切相关的？在反常和自旋霍尔效应的情况下，计算的费米海贡献是相当小的，这些效应的成分依赖行为主要是由费米能级的电子态决定的。负责这两种效应的自旋-轨道诱导散射机制表明，AHE的最小值和SHE电导率的符号变化有一个共同的起源。
2017-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Strong variation of spin-orbit torques with relative spin relaxation rates in ferrimagnets
本文研究了亚铁磁FexTb1-x层中SOTs随相对自旋弛豫速率的变化，发现接近磁补偿点时SOTs会减弱消失，揭示了磁性层内竞争性自旋弛豫过程对SOTs强度的关键作用，为铁磁和补偿系统的SOT现象提供了统一理解。
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Observation of spin-motive force in ferrimagnetic GdFeCo alloy films
非均匀磁结构产生涌现的电磁现象，如拓扑霍尔效应和自旋动力（SMF）。然而，关于SMF的实验报道很少，SMF与材料参数之间的关系仍然不清楚。在本研究中，我们利用自旋力矩感生铁磁共振方法研究了亚铁磁性GdFeCo合金薄膜中的SMF，并阐明了它们之间的关系。检测到的SMF的幅度变得大于由Gd掺杂的过渡金属合金FeCo的，并达到最大值附近的Gd组合物的面内和垂直磁化的薄膜之间的边界。根据分析计算，增强与磁化进动的轨迹有关。此外，我们还发现磁共振引起的SMF与阻尼常数的平方成反比。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long spin coherence length and bulk-like spin-orbit torque in ferrimagnetic multilayers
铁磁自旋电子学一直是一个主要的焦点，因为它提供了非易失性存储器和逻辑应用，通过电流感应自旋转移扭矩。实现这种磁性器件的更广泛应用需要较小单元的较低切换电流，同时保持磁性单元的热稳定性以实现非易失性。然而，随着单元尺寸的减小，用铁磁体来满足这一要求变得极其困难，因为铁磁体的自旋转移扭矩是由于快速自旋失相引起的表面扭矩，导致自旋扭矩效率的1/铁磁体厚度依赖性。对于较厚且因此更热稳定的铁磁单元而言，需要较大的切换电流是具有铁磁体的高密度非易失性应用的根本障碍。理论预测，由于原子尺度上的交错自旋序，反铁磁体具有长的自旋相干长度，从而解决了上述基本限制。尽管在反铁磁体和亚铁磁合金上进行了几次自旋扭矩实验，但这一预测仍未得到探索。本文报道了反铁磁耦合亚铁磁多层膜中的长自旋相干长度和相应的类体转矩特性。我们发现横向自旋电流可以通过> 10 nm厚的铁磁Co/Tb多层膜，而被1 nm厚的铁磁Co/Ni多层膜完全吸收。我们还发现，Co/Tb多层膜的开关效率部分地反映了大块的扭矩特性，因为它增加与铁磁厚度高达8 nm，然后降低，在鲜明的对比1/厚度依赖性的Co/Ni多层膜。我们在反铁磁耦合系统上的研究结果将为高能效自旋电子技术的研究注入新的活力。
2018-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Ferrimagnetic Heusler tunnel junctions with fast spin-transfer torque switching enabled by low magnetization
本研究利用低磁化铁磁Heusler合金Mn3Ge实现快速可靠的自旋转移力矩切换，并创下铁磁材料室温隧道磁电阻纪录，为高性能磁性随机存取存储器的扩展提供路径。
2024-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Dephasing of Transverse Spin Current in Ferrimagnetic Alloys
在反铁磁有序金属中，横向自旋电流可以长距离相干传播（无失相）。在这里，我们估计退相长度的横向自旋电流在亚铁磁CoGd合金的自旋泵测量跨补偿点。一个修改后的漂移扩散模型，占自旋电流传输通过亚铁磁体，揭示了失相长度约为4-5倍，在近补偿CoGd比铁磁金属。这一发现表明，反铁磁秩序可以减轻自旋退相-以类似于核和量子位自旋系统的自旋回波重新定相的方式-即使在室温下结构无序的合金中。我们还发现的证据表明，横向自旋电流的相互作用更强烈的Co比Gd亚晶格的亚晶格。我们的研究结果提供了基本的见解自旋电流和反铁磁序之间的相互作用，这是至关重要的工程自旋力矩效应在亚铁磁和反铁磁金属。
2021-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Enhancement of Intrinsic Spin Hall Conductivity in $β$ Tungsten via Substitutional Doping
通过自旋-轨道扭矩操纵重金属/铁磁双层中的磁化的关键挑战是识别表现出有效的电荷-自旋电流转换的材料。从头算电子结构计算表明，纯$β$ -W的本征自旋霍尔电导（SHC）比纯$α$-W的本征自旋霍尔电导大约60%.更重要的是，我们证明了$β$ -W的SHC可以通过Ta合金化来增强。这是证实了自旋Berry曲率计算的W $_{1-x}$钽$_x$（$x$ $\sim$ 12.5%）合金，显示了巨大的增强自旋霍尔角高达$\approx$ $-0.5$。其机制是自导热系数和纵向电导率随费米能级位置的协同作用。这些发现不仅为增强$β$ -W的本征自旋霍尔效应铺平了道路，而且为开发替代合金化技术来定制各种材料的自旋霍尔效应提供了新的指导。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Ballistic vs Diffusive Transport in Current-Induced Magnetization Switching
我们测试是否由于自旋转移力矩在铁磁/非磁性/铁磁（F/N/F）三层的电流感应磁化开关显着变化时，N-金属层内的散射从弹道改变为扩散。这里，对于Cu间隔层，弹道对应于大于或等于3的比率r = λ/t，而对于CuGe合金间隔层，扩散对应于小于或等于0.4的比率r = λ/t，其中λ是固定厚度t = 10 nm的N层中的平均自由程。合金间隔层的平均开关电流仅略微大于Cu的平均开关电流。最好的可用模型预测的开关电流在间隔层中的漫散射比我们看到的更大的灵敏度。
2007-11-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations on the spin anomalous Hall effect of ferromagnetic alloys
铁磁金属中的自旋反常霍尔效应（SAHE），通过在磁性结中引入非磁性间隔层，可以产生自旋-轨道力矩，从而使另一铁磁层的磁化旋转，引起了人们的广泛关注。基于第一性原理密度泛函理论和线性响应理论，对L1 $_0$型合金$X$ Pt（$X$ =Fe，Co，Ni）的自旋反常霍尔电导（SAHC）进行了理论研究.我们发现FePt的SAHC远小于异常霍尔电导率（AHC），导致异常霍尔效应的非常小的极化，$ζ$ =SAHC/AHC约为0.1。另一方面，SAHC随着价电子数（$N_{\rm v}$）的增加而增加，并且CoPt和NiPt显示出大于1的相对大的$|ζ|$值。AHC的负贡献是CoPt和NiPt中大SAHC和$ζ$的来源，这是由于Pt在少数自旋态的费米能级附近的反键态。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant spin Hall effect in half-Heusler alloy topological semimetal YPtBi grown at low temperature
Half-Heusler合金拓扑半金属YPtBi是具有大自旋霍尔角$θ$ $_{SH}$和高热稳定性的有效自旋源材料的有希望的候选者。然而，具有低体载流子密度的高质量YPtBi薄膜通常在600 $°$ C下生长，这超过了后端线（BEOL）工艺400 $°$ C的限制。本文研究了在低至300 $°$ C的生长温度下生长的YPtBi薄膜的结晶性和自旋霍尔效应。虽然$θ$ $_{SH}$随着生长温度降低到300 $°$ C由于结晶度的劣化而劣化，但是通过降低溅射Ar气体压力可以恢复。我们获得了高达8.2的巨大$θ$ $_{SH}$，并通过在300 $°$ C和1 Pa的Ar气压下生长的YPtBi中的~10 $^5$ A/cm $^2$的超低电流密度证明了有效的自旋-轨道转矩磁化切换。我们的研究结果提供了在较低的生长温度下生长的YPtBi中获得巨$θ$ $_{SH}$的配方，适合于BEOL工艺。
2022-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetocatalytic Adiabatic Spin Torque Orbital Transformations for Novel Chemical and Catalytic Reaction Dynamics: The Little Effect
本文介绍了与利特尔效应有关的理论和现象，即在强磁场和热环境下受限费米子的自旋诱导轨道动力学。这种小效应被认为是在细节的电子转移反应与氧化还原过程中的铜-银合金在去离子水和铁催化共价键重排与无定形碳转化为金刚石的轨道动力学。此外，基于高自旋、热诱导轨道动力学的小效应，预测并证明了74，000安培、403 V、强洛伦兹压缩和热应力的延长极端条件对该Cu-Ag- H2O系统的影响，导致磁组织反向β，电子捕获，质子捕获和中子捕获过程中的各种罕见的密核嬗变内的铜-银线圈。一般的实验验证和广泛的影响，这对化学的小影响表现在这两个理想的系统：一个离子的情况下和分子的情况下。利特尔效应与赫瓦尔效应形成对比，作为导致赫瓦尔效应运动学的动力学现象。证明了小效应与伍德沃德-霍夫曼规则的相容性。小效应提供了对远离平衡的系统中的秩序的更好理解。小效应的其他有趣的现象，如铁磁性，非常规磁性，超顺磁性，超导电性，和密核效应的影响的结论。
2006-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient spin current generation by the spin Hall effect in Au$_{1-x}$Pt$_x$
我们报道了在Au 0.25 Pt 0.75合金中通过自旋霍尔效应产生的非常有效的自旋电流，通过两种不同的直接自旋-轨道矩测量，其表现出大于0.58的巨大的内部自旋霍尔比（在具有Co的双层中抗阻尼自旋轨道扭矩效率为~ 0.35），相对低的电阻率为~ 83 μ Ohm cm，自旋霍尔电导率非常大，大于7.0 × 10^5 ohm^-1 m^-1，自旋扩散长度为1.7 nm。这项工作确立了Au 0.25 Pt 0.75作为一个里程碑式的自旋电流发生器，提供更大的能量效率比尚未获得与其他重金属或与拓扑绝缘体Bi 2 Se 3和（Bi，Se）2 Te 3。我们的研究结果应该推进基于自旋轨道转矩的基础研究，并有利于开发新的快速，高效的自旋轨道转矩驱动的磁存储器，skyrmion和手性畴壁器件，微波和太赫兹发射器。
2018-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-Dependent Polarity Reversal of Bulk Spin-Orbit Torque in Single-Layer MnCoGa
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；Université de Lorraine（洛林大学）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Beihang University（北京航空航天大学）
研究在单层MnCoGa赫斯勒合金中实现体自旋轨道转矩，发现其极性反转源于晶格畸变诱导的对称性破缺而非自旋霍尔电导率符号变化，确立应变调控对称性为体SOT调控的新自由度。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of spin Hall effect in ferromagnetic metals
本文通过第一性原理计算揭示铁磁金属中常规、自旋反常和磁自旋霍尔效应三种机制共存，并在Pt基合金中预测出与Pt相当的自旋霍尔角，为无场翻转垂直磁化及自旋-电荷转换器件提供新途径。
2023-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Efficient spin-orbit torque driven magnetization switching of GdFe using phosphorus-implanted platinum layers
本研究通过向铂中注入磷提升自旋霍尔角7倍，结合其他因素将Gd26Fe74的磁化翻转临界电流密度降低近27倍，为高效自旋轨道力矩驱动的存储器和逻辑器件发展提供了候选材料。
2025-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Roadmap for Emerging Materials for Spintronic Device Applications
IEEE磁性学会技术委员会选择了7个研究主题来制定其路线图，其中主要发展应与预期的时间表一起列出：（i）硬盘驱动器，（ii）磁性随机存取存储器，（iii）畴壁器件，（iv）永磁体，（v）传感器和致动器，（vi）磁性材料和（vii）有机器件。其中，自旋电子器件的磁性材料作为第一个练习进行了调查。在这个路线图练习中，我们将磁隧道和自旋阀结作为自旋电子器件。这些可以例如用作垂直形式的磁性随机存取存储器和自旋扭矩振荡器的单元以及横向形式的自旋晶体管和自旋霍尔器件。在这些设备中，磁性材料的关键作用是将自旋极化电子有效地注入非磁体。因此，我们确定了通过开发用于未来自旋电子器件的新磁性材料所要实现的2个关键特性：（1）室温（RT）下的半金属性;（2）RT下纳米级器件中的周向各向异性。对于第一个特性，选择了5种主要磁性材料用于未来磁性/自旋电子器件应用的评估：赫斯勒合金、铁氧体、金红石、钙钛矿和稀磁半导体。这些合金已被报道或预测为半金属铁磁体在RT。他们拥有一个带隙在费米能级EF只为它的少数自旋，实现100%的自旋极化在EF。我们还评估了L10合金和D 022-Mn合金的垂直各向异性铁磁体与大自旋极化的发展。我们列出了每种材料在35年时间尺度内的功能改进、性能成就、器件实现和跨学科应用的几个关键里程碑。
2015-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching by current in an elemental ferromagnetic single layer
该研究在单质镍铁磁单层中实现电流诱导垂直磁化翻转，发现其源于带面外分量的有效横向磁场，不同于传统自旋轨道矩机制，揭示了电流诱导力矩的内在机制，拓展了相关研究范畴。
2025-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thickness-Dependent Orbital-to-Spin Torque Signatures in Cr/Gd/Co Thin Films
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源中心）；Walter-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特-梅斯纳研究所，巴伐利亚科学院）
本研究通过电谐波霍尔测量与磁强计技术，结合横截面化学成分映射，探究了不同Gd中间层厚度的Cr/Gd/Co薄膜及其倒置结构的轨道转矩特性，验证了界面混合对转矩效率的影响并发现类场转矩符号随堆叠顺序反转的规律。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unifying femtosecond and picosecond single-pulse magnetic switching in GdFeCo
关于GdFeCo合金单脉冲磁开关背后的物理机制仍有许多问题有待解决。唯象模型表明，飞秒尺度的交换弛豫亚晶格磁化之间的驱动机制切换。最近的观察GdFeCo的热致开关，同时使用几个皮秒光脉冲以及电流脉冲提出了质疑，以前的理解。这就提出了一个问题，即在飞秒和皮秒尺度上是否存在相同的开关机制。在这项工作中，我们的目标是填补这一空白的理解背后的热单脉冲开关的开关机制。为此，我们实验研究了GdFeCo合金的热单脉冲开关，为广泛的系统参数，如组成，激光功率和脉冲持续时间。我们提供了一个定量描述的开关动力学使用原子自旋动力学的方法，在广泛的参数和时间尺度，范围从飞秒到皮秒之间的模型和我们的实验具有良好的一致性。此外，我们发现不同的元素特定的阻尼参数作为一个关键成分的开关与长皮秒脉冲，并认为，开关与脉冲持续时间长达15皮秒是可能的，由于低阻尼常数的Gd。我们的研究结果可以很容易地扩展到加速动力学在其他情况下，亚铁磁GdFeCo合金已经被证明显示出快速和节能的过程，例如畴壁运动的轨道和自旋电子器件中的自旋轨道转矩切换。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall effect in 3d ferromagnetic metals for field-free switching of perpendicular magnetization: A first-principles investigation
本文通过第一性原理研究3d铁磁金属中自旋轨道耦合驱动和非相对论两种自旋霍尔机制，揭示其自旋霍尔电导率与温度、成分的关系，并证明可利用3d铁磁金属实现垂直磁化的无外磁场确定性翻转。
2025-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Robust skyrmion nucleation and transport via composition gradient in rare earth-transition metal ferrimagnets
Scuola Normale Superiore（高等师范学院）；Italian Institute of Technology（意大利理工学院）；University of Genoa（热那亚大学）
本研究利用稀土-过渡金属亚铁磁体的成分梯度，实现了斯格明子的确定性成核与高速、低霍尔效应的可控输运，还可通过局域成分变化实现阈值控制的捕获与释放。
2026-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Investigation on Mn$_{3-δ}$Ga/MgO interface for magnetic tunneling junctions
Mn $_3$ Ga Heusler化合物及其合金是实现磁隧道结自旋转移矩开关最有前途的材料。通过这些多层结构化器件中的高质量界面可以实现改进的性能。在这种情况下，Mn $_{1.63}$ Ga和MgO之间的界面由于其在隧道结中的自旋极化性质而特别令人感兴趣。我们用硬X射线光电子能谱学（HAXPES）对MgO/Mn $_{1.63}$ Ga结进行了化学表征。实验表明，在界面处的Ga-O键的形成，并证明在MgO膜附近的Mn原子的局部环境的变化。此外，我们表明，插入的金属镁层界面的MgO和锰-镓膜强烈抑制镓的氧化。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and room temperature skyrmions in W/CoFeB/MgO thin films and microwires
最近的研究表明，缺乏结构反转对称性和具有高自旋轨道耦合的材料结构可以表现出手性磁织构和skyrmions，这可能是下一代存储设备的关键组成部分。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction）是一种反对称的交换相互作用，有利于相邻自旋的非共线取向。已经表明，具有高介电常数的材料系统可以通过自旋轨道力矩导致非常有效的畴壁和skyrmion运动。为了设计这样的装置，重要的是量化给定材料系统的介电常数。在这里，我们提取的重金属（HM）/铁磁体（FM）接口处的重金属，使用两个互补的测量方案，即不对称畴壁运动和磁条湮灭。通过使用两种不同的测量方案，我们发现对于W（5 nm）/Co20 Fe 60 B20（0.6nm）/MgO（2nm），λ分别为0.68 +/-0.05mJ/m2和0.73 +/-0.5mJ/m2。此外，我们表明，这种稳定的skyrmions在室温下，并有一个很强的依赖性的CoFeB合金的相对组成上的稳定的skyrmions。最后，我们使用不同的生长条件优化的层和界面，并证明，更高的沉积速率导致更均匀的膜，减少钉扎和skyrmions，可以操纵的自旋轨道扭矩。
2017-06-19 cond-mat.mtrl-sci
