Determination of spin-orbit torque efficiencies in heterostructures with in-plane magnetic anisotropy
研究表明，重过渡金属的自旋霍尔效应可以产生足够的自旋-轨道矩，并进一步在相邻的铁磁层中产生电流感生磁化翻转。然而，如果铁磁层具有面内磁各向异性，则探测这种切换现象通常依赖于纳米尺寸的磁性隧道结的隧穿磁阻测量、差分平面霍尔电压测量或克尔成像方法。我们发现，在磁性异质结与自旋霍尔金属，存在电流诱导的面内自旋霍尔有效场和单向磁电阻，将修改其各向异性磁电阻行为。我们还表明，通过分析在这种影响下的各向异性磁电阻的响应，可以直接和电探针的自旋轨道转矩驱动的磁化切换，即使在微米尺寸的设备。这种泵浦-探测方法允许从自旋-轨道扭矩切换事件中有效和直接地确定关键参数，而无需冗长的器件制造过程。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of the crystal orientation on spin-orbit torques in Fe/Pd bilayers
铁磁（FM）/非磁（NM）异质结构中的自旋轨道力矩提供了更节能的手段来实现自旋逻辑器件;然而，它们的强度由异质结构界面决定。本文研究了晶体取向对不同Fe/Pd双层体系自旋-轨道力矩效率的影响。自旋扭矩铁磁测量的证据表明，阻尼类扭矩效率是在外延比在多晶双层结构，而类场扭矩是可以忽略不计的所有双层结构。阻尼力矩的强度随双层外延质量的降低而降低。这一发现为磁异质结构中自旋轨道矩的增强提供了新的思路。
2019-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical Computation of Spin-Transfer Torques for Antiferromagnetic Domain walls
基于紧束缚模型中的线性响应理论，我们数值计算了反铁磁畴壁的电流诱导自旋转移力矩。我们发现，与铁磁畴壁运动不同，绝热自旋力矩对反铁磁畴壁运动的贡献可以忽略不计，这与以前的理论是一致的。因此，非绝热自旋转移力矩是反铁磁畴壁运动的主要驱动力矩。此外，非绝热自旋转移扭矩的较窄的反铁磁畴壁的增加更迅速比铁磁畴壁，这是由于反铁磁畴壁的增强的自旋错误跟踪过程。
2020-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the Spin-Hall-Effect-Induced and the Wedged-Structure-Induced Spin Torque Efficiencies in Heterostructures with Perpendicular Magnetic Anisotropy
我们报告，通过测量电流感应磁滞回线位移与面内偏置磁场，自旋霍尔效应（SHE）的贡献，电流感应有效场单位电流密度，$χ_{SHE}$，可以估计为Pt和Ta基的磁性异质结构与垂直磁各向异性（PMA）。我们将这种技术应用到Pt基样品与其铁磁（FM）层被楔形沉积，并发现一个额外的有效场的贡献，$χ_{Wedged}$，由于沉积FM层的不对称性。通过磁光克尔（MOKE）显微镜证实了$χ_{Wedged}$和FM层中磁化翻转过程中的非对称脱钉过程之间的相关性。这些结果表明，工程确定性的自旋-轨道扭矩（SOT）开关的可能性，通过控制域扩展的对称性，通过材料的生长过程。
2016-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Spin-Orbit Torque Switching with Non-Epitaxial Chalcogenide Heterostructures
近年来，拓扑绝缘体（TI）产生的自旋轨道矩（SOT）受到越来越多的关注。这些TI通常由外延生长的硫族化合物形成，具有极高的SOT效率，在下一代自旋电子器件中具有很大的潜力。然而，这些硫族化物的外延需要确保拓扑保护的表面态（TSS）的存在，这限制了在工业中使用这些材料的可行性。在这项工作中，我们表明，非外延的Bi $_{x}$ Te $_{1-x}$ /铁磁异质结制备的常规磁控溅射具有巨大的SOT效率，即使没有TSS。通过谐波电压测量和磁滞回线位移测量，我们发现这种非外延异质结构的体自旋轨道相互作用产生的类阻尼SOT效率在室温下可以达到大于100%的值。我们进一步证明了这些Bi $_{x}$ Te $_{1-x}$为基础的异质结构与热稳定的铁磁层，这表明，这种非外延硫族化物材料可以是潜在的有效的SOT源在未来的SOT磁存储器件的电流诱导SOT开关。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dominant spin Hall torque and negligible orbital Hall torque in α-W/ferromagnet heterostructures with artifacts-free angular momentum detectors
State Key Laboratory of Semiconductor Physics and Chip Technologies, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所半导体物理与芯片技术国家重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电工程技术研究中心）；College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University（陕西师范大学物理学与信息技术学院）
本文使用无伪影角动量探测器（Cu/Ni/Cu和Cu/FeCoB/Cu）澄清了α-W中电流诱导转矩的物理起源，发现自旋轨道转矩始终为负且主要来自自旋霍尔效应，轨道霍尔转矩可忽略，表明轨道电流缺乏普适性。
2026-08-05 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
Microscopic derivation of magnon spin current in a topological insulator/ferromagnet heterostructure
研究了拓扑绝缘体/铁磁体异质结构中的自旋-电转换效应。在自旋动量锁定的表面状态下，电流产生非平衡自旋累积，这导致作用于铁磁体的自旋轨道转矩。当铁磁体中的自旋完全平行于累积的自旋时，这个自旋-轨道力矩为零。然而，在自旋激发的存在下，磁振子和电子之间的耦合使我们能够获得非零扭矩。在本文中，我们考虑一个三维磁振子气体与二维无质量狄拉克电子系统在界面处耦合的异质结构模型。我们计算了由一个电场，这可以被解释为一个磁振子自旋电流，直到最低阶的电子-磁振子相互作用引起的扭矩。我们推导出的表达式为高，低的温度和估计的数量级的诱导自旋电流的现实材料在室温下。
2017-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature magnetization switching in topological insulator-ferromagnet heterostructures by spin-orbit torques
具有自旋动量锁定拓扑表面态的拓扑绝缘体（TI）在TI/铁磁体系统中表现出巨大的自旋轨道矩（SOT）。到目前为止，TI SOT驱动的磁化开关仅在1.9 K的Cr掺杂TI中报道。在这里，我们直接显示了巨大的SOT驱动的磁化翻转Bi 2Se 3/NiFe异质结在室温下捕获使用磁光克尔效应显微镜。我们确定了一个大的电荷自旋转换效率为~1-1.75的薄TI膜，其中TSS是占主导地位的。此外，我们发现磁化翻转所需的电流密度非常低，约为6x10^5 A cm-2，比重金属小一到两个数量级。我们的示范室温磁化开关的传统的3D铁磁体使用Bi 2Se 3可能会导致潜在的创新TI为基础的自旋电子应用。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric-controllable spin-orbit torque in two-dimensional multiferroic heterostructure
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Halle-Berlin-Regensburg Cluster of Excellence CCE, University of Regensburg（哈勒-柏林-雷根斯堡卓越集群）
本研究以Fe₃GeTe₂/In₂Se₃异质结构为对象，通过第一性原理计算发现铁电极化可调控自旋轨道转矩，为可编程自旋电子器件提供了可行方案。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin diffusion and torques in disordered antiferromagnets
本文建立了共线双组分金属反铁磁体自旋输运的漂移扩散方程。从模型紧束缚哈密顿量出发，得到了Keldysh形式下的量子动力学方程，并利用Wigner展开法将其空间梯度展开到最低阶.在扩散极限下，这些方程跟踪反铁磁体的每个子晶格上的自旋积累和自旋电流的时空演化。我们使用这些方程来解决的性质的自旋转移力矩在（i）自旋阀组成的铁磁体和反铁磁体，（ii）的金属双层组成的反铁磁体相邻的重金属具有自旋霍尔效应，并在（ii）一个单一的反铁磁体具有自旋霍尔效应。我们表明，后者可以经历一个自转矩由于非零自旋霍尔效应的反铁磁体。
2016-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin pumping and spin-transfer torques in antiferromagnets
自旋抽运和自旋转移矩是铁磁材料中两种相互作用的现象。然而，从反铁磁体的泵送及其与电流感应扭矩的关系还没有被探索。通过计算电子如何从正常的金属-反铁磁界面散射，我们推导出泵浦自旋和交错自旋电流的交错场，磁化强度，和它们的变化率。对于补偿和未补偿的接口，自旋泵是一个类似的幅度，在铁磁体的驱动微波的偏振控制的方向。通过Onsager互易关系将泵送电流连接到电流感应扭矩。
2014-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque characterization in a nutshell
自旋电子学研究的核心是通过固体中的自旋-轨道相互作用产生自旋电流和自旋力矩。自旋-轨道力矩（SOT）驱动的磁动力学和开关在各种磁性异质结构中的实现也为开发SOT磁阻随机存取存储器和其他新型SOT存储器和逻辑器件铺平了道路。具有科学和技术重要性的是准确和有效的SOT定量技术，在过去十年中得到了大量的发展。在这篇文章中，我们总结了流行的技术，实验量化SOTs在磁性异质结构在微米和纳米尺度。对于每种技术，我们都概述了其原理，变化，优势，缺点，错误来源以及使用中的任何注意事项。最后，我们讨论了剩余的挑战，在理解和量化的异质结构中的SOTs。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-linear dynamics near exceptional points of synthetic antiferromagnetic spin-torque oscillators
我们考虑一个人工合成的具有各向异性层间交换耦合的反铁磁自旋力矩振子。该系统在其线性化动力学中表现出异常点。我们发现的非线性动力学和动力学相图的系统分析和数值。此外，我们表明，在一个例外点附近，振荡器的功率非常敏感地依赖于注入的自旋电流。我们的研究结果可能是有用的设计敏感的磁强计和其他应用的自旋扭矩振荡器。
2023-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in locally and globally non-centrosymmetric crystals: Antiferromagnets and ferromagnets
阻碍反铁磁体实际应用的主要障碍之一是难以操纵磁序参量。最近，根据理论预测[J. J. Eleleznovel et al.，PRL 113，157201（2014）]，已经证明了反铁磁体中磁矩的电切换[P. Wadley等人，Science 351，587（2016）]。这种转变是由于所谓的自旋轨道力矩，这在铁磁体中已经得到了广泛的研究。在这种现象中，电流引起了与有序局部矩耦合的非平衡自旋极化交换，从而对序参量施加了转矩。在这里，我们给出了一个一般的系统分析的自旋轨道力矩的对称性在本地和全球非中心对称的晶体。我们研究的对称性时，允许一个非零的扭矩，当是有效的扭矩，其依赖于所施加的电流方向和方向的磁矩。为了比较，我们考虑反铁磁和铁磁订单。在两个有代表性的模型晶体中，我们进行微观计算的自旋-轨道扭矩，以说明其对称性，并突出条件下，自旋-轨道扭矩可以有效地操纵反铁磁力矩。
2016-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic staggered spin-orbit torque for the electrical control of antiferromagnets -- application to CrI$_3$
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
研究揭示了本征锯齿形自旋轨道扭矩在电控反铁磁体中的作用，通过CrI$_3$的计算验证了该机制对Néel向量确定性切换的贡献。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Axion Insulator State in a Ferromagnet/Topological Insulator/Antiferromagnet Heterostructure
我们建议使用铁磁绝缘体MnBi_2Se_4/Bi_2Se_3/反铁磁绝缘体Mn_2Bi_2Se_5异质结构来实现轴子绝缘体态。重要的是，这种异质结构中的轴子绝缘体状态仅取决于铁磁绝缘体的磁化强度，因此可以在宽范围的外部磁场中观察到。使用密度泛函计算和模型哈密顿模拟，我们发现，顶部和底部表面有相反的半量子霍尔电导，与一个相当大的全球自旋间隙为5.1毫电子伏开放的拓扑表面状态的Bi 2Se 3。我们的工作提供了一个新的策略，通过使用范德瓦尔斯反铁磁绝缘体以及三维拓扑绝缘体的轴子绝缘体的搜索。
2018-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-transfer torque induced spin waves in antiferromagnetic insulators
我们探讨了在绝缘反铁磁薄膜表面注入自旋电流激发自旋波的可能性。我们分析了磁补偿和非补偿接口。我们发现，在绝缘反铁磁材料中，自旋电流引起的自旋转移矩可以激发自旋波，并且所激发的自旋波的手征性由注入自旋电流的极化决定.此外，磁表面各向异性的存在可以大大增加这些激发的可及性。
2015-08-10 cond-mat.mes-hall 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
Ultrafast Switching of Antiferromagnets via Spin-transfer Torque
皮秒开关的交错反铁磁秩序被证明是可实现的，通过自旋转移扭矩从一个短的电流脉冲。亚晶格磁化的耦合动力学映射到一个经典的钟摆受到重力和驱动脉冲，开关发生，如果钟摆获得足够的动能在脉冲克服最大的有效重力势。通过开关角和磁损耗对电流脉冲宽度和强度的依赖关系，探讨了最佳开关方案。这里讨论的物理提供了一个通用的路线走向多功能太赫兹应用程序通过反铁磁材料中的自旋转移力矩。
2015-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large spin Hall magnetoresistance in antiferromagnetic α-Fe2O3/Pt heterostructures
研究了室温下反铁磁、绝缘、（0001）取向α-Fe_2O_3（赤铁矿）和Pt的薄膜异质结构的自旋霍尔磁电阻（SMR）。我们测量它们的纵向和横向磁化率，同时在三个正交平面上旋转高达17 T的外加磁场。对于平面外的磁输运测量，我们发现一个多畴反铁磁配置的迹象时，该领域是沿着正常的膜对齐。对于面内场旋转，我们清楚地观察到由于Neel矢量的相干旋转导致的SMR的正弦电阻率振荡特性。令人惊讶的是，0.25%的最大SMR幅度是原型亚铁磁性Y3Fe5O12/Pt异质结构的两倍。SMR效应在比可比较的反铁磁体小得多的磁场下饱和，使得α-Fe2O3/Pt系统对于室温反铁磁自旋电子学应用特别感兴趣。
2020-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable spin and orbital torques in Cu-based magnetic heterostructures
该研究探讨了Cu基磁性异质结构中的电流诱导自旋和轨道力矩，发现自然氧化的Ni80Fe20/Cu双层膜力矩效率超越典型Co/Pt，并通过固态门控操纵Cu氧化态实现了对类阻尼力矩符号与幅度的调控，为门可调自旋轨道电子学器件开发奠定基础。
2025-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable synthetic antiferromagnetism with nonrelativistic spin splitting in a graphene/MnS/graphene heterostructure
Institute of Informatics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院信息学研究所）；Faculty of Physics, University of Belgrade（贝尔格莱德大学物理学院）；Institute of Physics, Pavol Jozef Šafárik University in Košice（科希策帕沃尔·约瑟夫·沙法里克大学物理研究所）；Institute of Experimental Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院实验物理研究所）；New Technologies Research Centre, University of West Bohemia（西波希米亚大学新技术研究中心）
研究通过石墨烯层封装类型A反铁磁半导体实现可调合成反铁磁性，利用非相对论自旋分裂提升自旋电子传输效率。
2026-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit-proximitized ferromagnetic metal by monolayer transition metal dichalcogenide: Atlas of spectral functions, spin textures and spin-orbit torques in Co/MoSe$_2$, Co/WSe$_2$ and Co/TaSe$_2$ heterostructures
由超薄铁磁金属（FM）和具有强自旋轨道（SO）耦合的材料组成的双层异质结构是自旋电子学中SO扭矩和自旋电荷转换非平衡效应的主要来源。我们演示了如何杂交的波函数的Co层和过渡金属二硫属化物（TMD）的单层--如半导体MoSe $_2$和WSe $_2$或金属TaSe $_2$ --可以导致显着的嬗变的电子和自旋结构的Co在一定距离内远离其界面与TMD，当相比，大量的Co或其表面与真空接触。这是由于邻近诱导的SO分裂的Co带编码的光谱函数和自旋纹理的单层，我们得到使用非共线密度泛函理论（ncDFT）结合平衡格林函数（GF）计算。事实上，SO分裂是存在的，由于结构反转的双层的不对称性，即使在TMD单层内的SO耦合被人为地关闭在ncDFT计算，但切换它使与邻近的CO层内的SO耦合的影响约5倍大。注入自旋非极化的电荷电流通过SO-接近的单层的Co产生非平衡自旋密度超过他们，使其与Co的磁化的交叉产品确定SO扭矩。通过第一性原理量子输运方法计算的SO扭矩，它结合了ncDFT与非平衡GF计算，可以用作筛选参数，以确定最佳组合的材料和它们的界面在自旋电子学中的应用。特别是，我们确定异质结构两个单层-Co/单层-WSe $_2$作为最佳的。
2020-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proper dissipative torques in antiferromagnetic dynamics
毫无疑问，铁磁系统的磁化动力学由Landau-Lifshitz-Gilbert方程或其在各种自旋力矩下的推广所控制。与此相反，文献中有几组具有不同形式耗散力矩的双子格反铁磁体（AFM）的动力学方程，而没有合适的多子格反铁磁体和亚铁磁体的动力学方程。在这里，我们引入了一般的瑞利耗散泛函的拉格朗日方程，并推导出适当的形式的耗散扭矩的唯象方程的原子力显微镜与多子晶格。发现了一种由亚晶格间拖曳效应产生的新型耗散扭矩，它对磁振子寿命和畴壁运动有重要影响。特别是，我们的理论统一了文献中不同的AFM动力学方程。
2017-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy-efficient field-free unconventional spin-orbit torque magnetization switching dynamics in van der Waals heterostructures
本研究在Fe3GaTe2/TaIrTe4范德华异质结构中实现了节能、无外场的自旋轨道矩磁化翻转，并揭示了其非常规电荷-自旋转换机制，为低功耗自旋电子器件提供了新途径。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Adiabatic and Nonadiabatic Spin-transfer Torques in Antiferromagnets
磁序中的电子输运与磁序动力学之间存在相互依赖关系，这为自旋相关现象提供了关键机制。近年来，反铁磁序作为磁序受到关注，其中电子输运对磁序的典型影响--电流诱导自旋转移矩一直存在争议，主要原因是缺乏基于量子场论的解析推导。本文建立了弱倾斜反铁磁体中缓变交错磁化强度自旋转移矩的微观理论。在我们的理论中，电子被捕获的成键/反键态，其中每一个是系统的本征态，双简并，并在空间上扩展到亚晶格，因为电子跳跃。本征态的自旋一般依赖于动量，在不考虑自旋-轨道耦合的情况下，在没有位置反转对称性的情况下，会出现非平凡的自旋-动量锁定。本征态的自旋流中包含一个与由动量空间导数定义的规范场成正比的反常分量，并在磁化强度上产生绝热自旋转移力矩。出乎意料的是，我们发现其中一个非绝热转矩具有与绝热自旋转移转矩相同的形式，而所获得的绝热和非绝热自旋转移转矩的形式与基于对称性考虑的唯象推导一致。这一发现表明，反铁磁体中自旋转移力矩的传统解释应该改变。我们的微观理论为反铁磁体中自旋相关的物理提供了基本的理解。
2020-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Spin-Orbit Torque from a Magnetic Heterostructure with High-Entropy Alloy
高熵合金（HEA）是一种由五种或五种以上金属组成的金属材料，它可能具有不同于传统二元或三元合金的机械和输运性质。在这项工作中，我们证明了电流诱导的自旋轨道扭矩（SOT）磁化翻转的Ta-Nb-Hf-Zr-Ti的HEA基磁性异质结构与垂直磁各向异性（PMA）。通过磁滞回线位移测量，进一步确定来自该特定的基于HEA的磁性异质结构的最大类阻尼SOT效率为$|ζ^{\operatorname{HEA}}_{DL}|\approx0.033$，而Ta对照样品的最大类阻尼SOT效率为$|ζ^{\operatorname{Ta}}_{DL}|\approx0.04$。我们的研究结果表明，基于HEA的磁性异质结构可以作为一组新的潜在候选人的SOT器件的应用。
2017-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Spin-Orbit Torques in an Antiferromagnetic Insulator with Tilted Easy Plane
反铁磁体内部自旋织构的电操纵为发展具有优异速度和高器件密度的自旋电子学提供了新的机会。然而，由于不同亚晶格之间复杂的相互作用，将自旋电流注入反铁磁体并实现有效的自旋-轨道-力矩诱导开关仍然具有挑战性。与此同时，由于磁化率的降低，反铁磁物质中电流感应磁动力学的性质和大小仍然很难表征，而杂散效应使实验解释进一步复杂化。在这项工作中，通过沿非基面取向生长反铁磁绝缘体薄膜α-Fe_2 O_3，我们实现了一种结构，其中注入的自旋电流可以在倾斜的易平面内鲁棒地旋转Néel矢量，其效率与经典铁磁体相当。自旋-轨道力矩效应在其他竞争机制中脱颖而出，并导致清晰的开关动态。由于这种新的机制，在通常采用的正交开关的几何形状相比，我们实现了双极反铁磁开关沿同一个通道，一个几何形状，这是更实用的设备应用的正电流和负电流。通过使有效的自旋-轨道力矩控制反铁磁有序，倾斜的易平面几何引入了一个新的平台，定量了解反铁磁体的开关和振荡动力学。
2022-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of unconventional spin polarization induced spin orbit torque in L1$_2$-ordered antiferromagnetic Mn$_3$Pt thin films
非共线反铁磁体由于具有非平凡的自旋拓扑结构而表现出更丰富的磁输运性质，这使得我们能够利用手性更自由地操纵电荷-自旋转换。在这项工作中，我们探讨了非常规的自旋轨道扭矩的L1 $_2$有序锰$_3$铂与三角形自旋结构。我们观察到（001）取向的L1 $_2$ Mn $_3$ Pt沿$\mathbf{x}$方向的非常规自旋轨道矩，并发现它具有相对于晶向的独特符号反转行为。L1 $_2$ -有序Mn $_3$ Pt的这种非常规自旋轨道扭矩的产生可以解释为源于磁自旋霍尔效应。这一结果有助于阐明非共线反铁磁体的自旋拓扑非平凡结构与电荷自旋转换之间的关系。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit Torque Switching in an All-Van der Waals Heterostructure
利用自旋-轨道力矩（SOT）对铁磁体中的磁化进行电流诱导控制作为快速且节能的磁存储器件的新机制引起了人们的关注。高能效自旋电子器件需要具有大的SOT效率（$ξ$）和电导率（$σ$）的自旋电流源，以及穿过透明界面的有效自旋注入。在这里，我们使用范德瓦尔斯（vdW）拓扑半金属WTe $_2$和vdW铁磁体Fe $_3$ GeTe $_2$的单晶，以满足在其所有的vdW-异质结构与原子尖锐的界面的要求。结果显示了WTe $_2$的$ξ{\approx}4.6$和$σ{\approx}2.25{\times}10^5 Ω^{-1} m^{-1}$值。此外，我们得到了显着降低的开关电流密度的$3.90{\times}10^6 A/cm^2$在150 K，这是一个数量级小于传统的重金属/铁磁薄膜。这些研究结果强调，工程vdw型拓扑材料和磁体提供了一个有前途的路线，以节能的磁化控制在基于SOI的自旋电子学。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Origin of Spin-Orbit Torque in Ferromagnetic Heterostructures: A First Principles Approach
我们提出了一个基于{ \it ab initio}的理论框架，阐明了正常金属（NM）/铁磁体（FM）异质结构中自旋轨道矩（SOT）的起源. SOT被分解为两个贡献，即{ \it spin-Hall}和{ \it spin-orbital}分量。我们发现{ \it（i）}类场SOT主要由自旋轨道分量决定，{ \it（ii）}两个分量对类阻尼力矩的贡献在厚Pt膜的极限范围内大小相当.自旋-轨道分量对DL-SOT的贡献仅存在于具有强SOC耦合强度的NM中。我们证明了FL-SOT可以用非平衡自旋分辨轨道矩积累来表示。计算结果表明，Pt/Co双层膜中氧诱导FL-SOT的符号反转是由于界面NM原子上多数自旋轨道矩积累的显著减少.
2020-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Controlling spin-orbit torque by polarization field in multiferroic BiFeO3 based heterostructures
在过去的几年里，人们提出了一些在铁磁异质结构中进行电操纵的想法，以发展下一代自旋电子器件。其中，由自旋轨道矩（SOT）驱动的磁化翻转正受到人们的强烈追求。特别是如何控制开关电流密度，以丰富器件的功能，引起了国内外研究者的极大兴趣。本文提出了一种新的方法来调整开关电流，并与相反的自发极化场BiFeO3（BFO）基异质结构显示出巨大的变化，在垂直磁各向异性和SOT感生磁化翻转。利用谐波霍尔电压测量方法估算了类阻尼力矩，计算出极化方向相反的异质结的有效自旋霍尔角变化为272%。在本文的最后，我们还展示了我们的结构在存储器和可重构逻辑器件中的可能应用。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Deficiency of the Bulk Spin Hall Effect Model for Spin-Orbit Torques in Magnetic Insulator/Heavy Metal Heterostructures
在磁性绝缘体/重金属异质结构中，电流可以同时引起两种效应，即重金属侧的自旋霍尔磁电阻（SMR）和磁性绝缘体侧的自旋轨道力矩（SOTs）。在基于体自旋霍尔效应（SHE）的纯自旋流模型框架内，自旋霍尔诱导反常霍尔效应（SH-AHE）与SMR的比值应等于类场力矩（FLT）与类阻尼力矩（DLT）的比值。本文对不同厚度的Tm_3Fe_5O_（12）/Pt或Tm_3Fe_5O_（12）/Pt异质结构的SMR、SH-AHE和SOT进行了定量研究，其中Tm_3Fe_5O_（12）是一种具有垂直磁各向异性的亚铁磁绝缘体。我们发现FLT和DLT的测量有效场之间的比率至少是SH-AHE与SMR的比率的2倍。此外，体SHE模型严重低估了FLT的自旋力矩效率。我们的研究结果揭示了体SHE模型的不足之处，也解决了界面效应的重要性，如Rashba和磁性绝缘体/重金属异质结构中的磁邻近效应。
2017-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced spin-orbit torque via interface engineering in Pt/CoFeB/MgO heterostructures
自旋-轨道力矩通过垂直磁化的重金属/铁磁体异质结构中的面内电流促进有效的磁化切换。自旋-轨道-转矩诱导的切换的效率由体或界面自旋-轨道相互作用或两者引起的电荷到自旋的转换决定。在这里，我们表明，自旋轨道扭矩和由此产生的开关效率在Pt/CoFeB系统中显着增强的界面改性，涉及Ti插入之间的Pt和CoFeB层。自旋泵和X射线磁性圆二色性实验表明，这种增强是由于额外的界面产生的自旋电流的的Pt/SiO2界面和/或改善自旋透明度通过抑制在Pt层中的邻近诱导的时刻实现。我们的研究结果表明，界面工程提供了一种有效的方法来提高自旋轨道扭矩，从而磁化转换效率。
2018-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Parity-controlled spin-wave excitations in synthetic antiferromagnets
在这项研究中，我们报告的电流感应扭矩激发的声学和光学模式的Ta/NiFe/Ru/NiFe/Ta合成反铁磁体堆栈SiO2/Si衬底上生长。这两个Ta层作为自旋力矩源，在自旋电流和奥斯特场作用于其相邻的NiFe层中具有相反的极化。这可以在整个生长方向上产生空间自旋力矩分布的奇对称性，使我们能够观察到不同的自旋波激发效率，从合成的反铁磁体激发均匀的扭矩。我们分析了扭矩对称性的对称和反对称的线形振幅的共振面内的角度依赖性，并确认平行（垂直）泵浦性质的声学（光学）模式在我们的设备，这是在从空间均匀的扭矩激发的模式截然不同。我们还提出了我们的宏观自旋模型，这种特殊的自旋扭矩激发几何，这很好地支持我们的实验观察。我们的研究结果提供了控制自旋波激发的本地自旋力矩源的能力，我们可以探索进一步的自旋波控制方案的基础上，这一概念。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of current-induced spin-orbit effects in a ferromagnetic heterostructure by electric field
我们研究了静电门对铁磁/重金属异质结中电流感生现象的影响。我们利用外差检测和对称性分析相对于磁场的方向分离电场贡献的磁各向异性，电流感应类场转矩，和阻尼转矩。电场效应的分析使我们能够估计Rashba和自旋霍尔贡献的电流感应现象。静电门可以提供对自旋轨道现象的洞察，并使自旋电子器件中的新功能成为可能。
2015-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Dzyaloshinskii-Moriya interaction torques and domain wall dynamics in van der Waals heterostructures
该研究结合密度泛函理论与原子自旋模拟，揭示 CrI$_3$-In$_2$Se$_3$ 范德华异质结构中界面 DMI 可由铁电翻转产生转矩，实现无电流低能耗畴壁运动并提高 Walker 场。
2024-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interfacial Spin-to-Charge Conversion in Sputtered MoTe2 Heterostructures Probed by Spin Pumping and Spin-Torque Ferromagnetic Resonance
Universidade Federal de Pernambuco（伯南布哥联邦大学）；Universidade Federal de Viçosa（维索萨联邦大学）
该研究采用SP-FMR和ST-FMR技术，证实Py/MoTe₂界面的Rashba-Edelstein效应主导自旋-电荷转换，为低功耗自旋电子器件提供了新方案。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Anomalous magnetoresistance in an antiferromagnetic Kagome semimetal heterostructures
研究通过引入Pt覆盖层的界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，在FeSn薄膜中实现可调自旋纹理，观察到低磁场下的非传统阻尼振荡磁电阻行为，揭示了拓扑自旋纹理与磁电输运性质的关联。
2025-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absence of cross-sublattice spin pumping and spin-transfer torques in collinear antiferromagnets
该研究通过对称性分析和自旋相关电子散射计算，解决了反铁磁体中跨子晶格自旋泵浦与自转移矩贡献的争议，证明其在共线状态下完全缺失，非共线时仅为高阶修正。
2023-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall magnetoresistance in antiferromagnet/heavy-metal heterostructures
研究了重金属Pt和反铁磁绝缘体NiO双层异质结构薄膜中的自旋霍尔磁电阻效应。当旋转外部磁场在NiO的易平面，我们记录的纵向和横向电阻率的Pt层，并观察到一个振幅调制与自旋霍尔磁电阻。与共线亚铁磁体上的Pt相比，调制相移90°，并且其幅度随着磁场的大小而强烈增加。我们在一个综合模型中解释了所观察到的自旋霍尔磁电阻的磁场依赖性，并考虑了磁场引起的反铁磁体中畴结构的修改。通过这个通用模型，我们能够进一步估计反铁磁体中磁弹性耦合的强度。我们的详细研究表明，自旋霍尔磁电阻是一个通用的工具，调查的磁性自旋结构以及磁弹性效应，即使在反铁磁多畴材料。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dzyaloshinskii-Moriya Induced Spin-Transfer Torques in Kagome Antiferromagnets
近年来，反铁磁体（AFM）由于其独特的性质，如太赫兹动力学和无杂散场，成为非常有前途的纳米自旋电子应用。然而，操纵反铁磁纹理目前仅限于极少数特殊的材料对称类，允许交错的磁子晶格上的扭矩。在这项工作中，我们预测的kagome原子力显微镜与破缺的镜像对称性的反铁磁畴壁（DW）和自旋电流之间的一种新的耦合机制，产生的相对论Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（DW）。我们从微观上推导出了原子力显微镜对原子力显微镜的自由能贡献。与铁磁体和共线原子力显微镜不同的是，非线性原子力显微镜不会导致空间导数中的线性项，而是使自旋波刚度和各向异性能量重新归一化。重要的是，我们表明，该双折射诱导一个高度非平凡的扭曲DW配置文件，是通过两个线性独立的组件的自旋积累可控。这种纹理操作机制超越了交错扭矩的概念，意味着与传统的铁磁体和共线AFM相比，电流驱动的DW运动具有更高程度的可调谐性。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall 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
Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetism in 2D antiferromagnet heterostructures
本文研究 CrI3/CrCl3 二维反铁磁异质结，发现界面铁磁耦合诱导 CrCl3 产生面外磁序并提升临界温度，且利用结构反演对称性破缺实现电场对矫顽力的显著调控。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient spin orbit torque in Pt/Co/Ir multilayers with antiferromagnetic interlayer exchange coupling
本文研究了Pt/Co/Ir多层膜中具有三个重复单元结构的自旋轨道矩（SOT）。由于该系统具有振荡层间交换耦合（IEC）与不同的Ir层厚度，我们比较的SOT的薄膜时，Co层的铁磁和反铁磁耦合。SOT的评价使用电流引起的异常霍尔电阻磁滞回线的移位。用作多层的种子层的相对厚的Pt层用于经由自旋霍尔效应产生自旋电流。在不存在反铁磁耦合的情况下，SOT相对于所施加的电流密度是恒定的，并且相应的自旋扭矩效率（即有效自旋霍尔角）为$\sim$ 0.09，与先前的报道一致。相反，对于具有反铁磁耦合的膜，SOT随着所施加的电流密度而增加并最终饱和。饱和时的SOT比无反铁磁耦合时的SOT大$\sim$ 15倍。如果我们假设由于反铁磁耦合净总磁化强度降低3倍，则自旋力矩效率是$\sim$的5倍。基于朗道-利夫希茨-吉尔伯特方程的模型计算表明，反铁磁耦合的存在可以增加SOT，但增强的程度是有限的，在这种情况下，到1.2-1.4的一个因素。因此，我们认为有其他来源的SOT，可能在界面上，这可能占在未补偿的合成反铁磁（SAF）多层膜的高效SOT。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extraordinary efficient spin-orbit torque switching in (W, Ta)/epitaxial-Co60Fe40/TiN heterostructures
磁性异质结构中的巨自旋霍尔效应以及低自旋记忆损耗和高界面自旋混合电导是实现基于自旋矩的节能逻辑器件的先决条件。我们报道了W（Ta）界面外延-Co_（60）Fe_（40）/TiN结构的巨自旋霍尔角（SHA）为28.67（5.09）。在W（Ta）/Co_（60）Fe_（40）（t_CoFe）/TiN结构中，自旋-轨道转矩翻转电流密度（J_Crit）低至1.82（8.21）MA/cm ~ 2，其起源于外延界面。这些结构还表现出非常低的自旋记忆损失和高自旋混合电导。这些非凡的SHA值以及因此在半导体工业兼容外延材料组合中的超低J_Crit为通过利用外延界面实现节能自旋逻辑器件开辟了新的方向。
2019-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Tuning spin-orbit torques across the phase transition in VO$_2$/NiFe heterostructure
自旋-轨道力矩的出现作为一种有前途的方法，能源效率的磁开关产生了很大的兴趣，材料系统容易和完全可调的自旋-轨道力矩。本文利用自旋矩铁磁共振研究了VO $_2$ /NiFe异质结构中电流诱导的自旋轨道矩，其中VO $_2$层经历了显著的绝缘体-金属转变.吉尔伯特阻尼参数，$α$，随着温度的增加约2倍，是由于在整个VO $_2$相变的VO $_2$ /NiFe界面的自旋吸收的变化。更值得注意的是，一个大的调制（$\pm$ 100%）和跨VO $_2$相变的电流诱导的自旋-轨道扭矩的符号变化建议两个竞争的自旋-轨道扭矩产生机制。通过自旋霍尔电导率$σ_{SH} \approx 10^4 \frac{\hbar}{e} Ω^{-1} m^{-1}$的第一性原理计算，证实了金属VO $_2$中的体自旋霍尔效应是金属相自旋轨道矩的主要来源. NiFe中的自感/异常扭矩与金属VO $_2$中的体自旋霍尔效应具有相反的符号和相似的幅度，可能是随着温度降低而占主导地位的另一种竞争机制。对于应用，转矩强度和方向的强可调谐性开辟了一条新的途径来定制经历相变的材料的自旋轨道转矩以用于新的器件功能。
2022-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Dzyaloshinskii-Moriya interaction and spin-orbit torque at the Ir/Co interface
研究了含Ir和Co界面异质结构的自旋矩效率和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，利用电流诱导的反常Hall环位移，测定了[Pt/Co/X]多层膜（X=Ir，Cu）以及Ir/Co和Pt/Ir/Co参比膜的自旋矩效率和Dzyaloshinski-Moriya相互作用.我们发现Ir的有效自旋霍尔角和自旋扩散长度分别为~0.01和小于~1 nm。短的自旋扩散长度和高导电性使Ir成为有效的自旋吸收层。这样的自旋下沉层可以用于控制异质结构中的自旋电流的流动并且在磁性层上引起足够的自旋轨道扭矩。Ir和Co界面的能量密度在1.4 ~ 2.2mJ/m2之间，与Pt和Co界面的能量密度相近。Ir/Co和Pt/Co界面具有相同的双折射符号，导致[Pt/Co/Ir]多层膜的双折射比[Pt/Co/Cu]多层膜的双折射降低。这些结果显示了Ir层在定义薄膜异质结构中的自旋-轨道矩和手性磁性方面所起的独特作用。
2019-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic spin-orbit torque arising from Berry curvature in metallic-magnet/Cu-oxide interface
本文报道了在金属磁体/CuO $_x$异质结中观察到的由Berry曲率引起的类内禀阻尼自旋轨道矩（SOT）。我们发现，一个强大的阻尼类SOT，一个数量级大于类场SOT，产生的异质结构中，尽管没有在CuO $_x$层的体自旋轨道效应。此外，通过调节界面氧化水平，我们证明了类场SOT的急剧变化，甚至切换其符号，这源于氧调制的自旋相关无序。这些结果提供了一个重要的信息，从根本上理解的SOTs的物理。
2018-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of Harmonic Hall Responses of Spin-Torque Driven Antiferromagnets
谐波分析是表征和量化磁性材料电流感应转矩的有力工具，但在反铁磁体研究中，谐波分析仍是一个悬而未决的问题。在这里，我们制定了一个一般理论的谐波霍尔响应的共线反铁磁体驱动的电流感应转矩，包括类场和类阻尼分量。通过在三个正交平面上扫描可变强度的磁场，我们能够通过分析霍尔电压中的二次谐波信号来区分类场转矩、类阻尼转矩和伴随的热效应的贡献。通过数值模拟，得到了一次谐波和二次谐波随磁场方向和强度变化的解析表达式，并与实验结果吻合较好。我们证明了我们的预测在两个原型的反铁磁体，$α-$ Fe $_{2}$ O $_{3}$和NiO，提供直接和一般的指导，目前和未来的实验。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Antiferromagnetic domain wall motion driven by spin-orbit torques
本文从理论上研究了反铁磁/重金属双层膜中自旋轨道矩驱动下反铁磁畴壁的动力学行为。我们发现，自旋轨道扭矩驱动反铁磁畴壁比铁磁畴壁快得多。当畴壁速度接近最大自旋波群速度时，畴壁经历洛伦兹收缩并发射太赫兹频率范围内的自旋波。自旋轨道力矩和反铁磁畴壁的相对论动力学之间的相互作用导致反铁磁自旋织构的有效操纵，并为反铁磁体中高频信号的产生铺平了道路。
2016-04-06 cond-mat.mtrl-sci
