Spin Swapping Transport and Torques in Ultrathin Magnetic Bilayers
从理论上研究了由铁磁体和正常金属组成的无序双磁性双层膜中的平面自旋输运（通常用于自旋泵浦、自旋Seebeck和自旋轨道矩实验）。采用紧束缚模型，将非本征自旋霍尔效应、自旋交换和自旋弛豫放在同等的基础上处理，我们发现自旋轨道耦合输运的性质显著地依赖于层厚$d$和平均自由程$λ$之间的比值.当自旋霍尔效应在扩散极限（$d\ggλ$）中占主导地位时，自旋交换在努森区域（$d\lesssimλ$）中占主导地位。一个值得注意的结果是，施加在铁磁体上的自旋-轨道力矩的对称性在这两个区域中是完全不同的。
2015-11-11 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torques in NbSe$_2$/Permalloy bilayers
我们目前的测量产生的电流引起的自旋-轨道扭矩的NbSe $_2$，一个全金属的过渡金属二硫属化物材料，使用自旋扭矩铁磁共振（ST-FMR）技术与NbSe $_{2}$ /坡莫合金双层膜。除了从金属NbSe $_{2}$层中的电流流动中预期的面外奥斯特扭矩之外，我们还观察到具有扭矩传导性$σ_{S} \approx 10^{3} (\hbar / 2e)$（$Ω$ m）$^{-1}$的面内抗阻尼扭矩和指向与奥斯特扭矩相反的面外扭矩的弱场状贡献的指示。此外，在一些样品中，我们还测量了具有$\hat{m} \times \hat{z}$形式的面内场状扭矩，其中$\hat{m}$是坡莫合金磁化方向，$\hat{z}$垂直于样品平面。该组分的尺寸在样品之间变化很大，并且与NbSe $_{2}$厚度不相关。NbSe $_{2}$的体对称性不允许这种形式的扭矩，但与在器件制造期间可能导致的单轴应变的对称性破坏一致。
2018-01-22 cond-mat.mes-hall
Temperature dependence of spin-orbit torques in W/CoFeB bilayers
本文研究了垂直磁化W/CoFeB双层膜中自旋轨道矩随温度和层厚的变化。谐波霍尔电压测量揭示了纵向和横向有效磁场分量的不同温度演变。对于2 nm厚的W缓冲层，横向有效场在250 K时改变符号，表明与例如Ta相比，来自界面自旋-轨道相互作用的贡献强得多。透射电子显微镜测量结果表明，相当大的W和CoFeB之间的界面混合是主要负责这种效果。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall
Electrically driven spin torque and dynamical Dzyaloshinskii-Moriya interaction in magnetic bilayer systems
用电的方法有效地控制磁性是当前自旋电子学研究的一个中心问题，这为设计集成自旋电子器件提供了机会。然而，最近的研究方法大多是基于电流注入，它们不可避免地伴随着相当大的能量损失，通过焦耳加热。在这里，我们从理论上提出了一种方法来施加自旋力矩到磁性双层系统的应用电压通过利用Rashba自旋轨道相互作用。转矩类似于众所周知的电流感应转矩，提供类似的磁性可控性，但没有焦耳加热能量损失。扭矩也被证明是作为一个界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，使我们能够激活和创造非共线磁性像skyrmions通过电压的应用。我们的建议提供了一个有效的技术来操纵自旋电子器件的磁化没有焦耳加热能量损失。
2019-07-02 cond-mat.mes-hall
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
Theory of in-plane current induced spin torque in metal/ferromagnet bilayers
使用半经典的方法，同时结合自旋霍尔效应（SHE），自旋扩散，量子阱状态，和界面自旋轨道耦合（SOC），我们解决这些机制的相互作用的起源，在正常的金属/铁磁金属双层薄膜中观察到的面内电流诱导的自旋扭矩。针对双层膜中铁磁体的厚度远小于自旋扩散长度的情况，如厚度为$\sim 10$ nm的Pt/Co双层膜，我们的方法同时考虑了自旋转移矩（SHE-STT）和自旋轨道矩（SOT）对自旋矩的两种贡献，即自旋转移矩（SHE-STT）是由于自旋电子自旋注入引起的，而自旋轨道矩（SOT）是由于自旋电子自旋累积引起的. SOC在界面处产生有效磁场，因此其修改了SHE-STT预期的角动量守恒。SHE诱导的自旋电压和界面自旋电流是相互依赖的，因此以自洽的方式求解。此外，由量子阱态介导的自旋输运可能是实验观察到的自旋扭矩相对于铁磁体的厚度的快速变化的原因。
2017-07-10 cond-mat.mes-hall
In-situ study of oxygen exposure effect on spin-orbit torque in Pt/Co bilayers in ultrahigh vacuum
在铁磁异质结中，氧的掺入可以增加电流诱导的自旋轨道矩，但其机制仍有争议。在这里，我们报告的Pt/Co双层膜通过控制氧暴露，Co和Mg的沉积，和电测量在真空中的氧暴露对自旋轨道扭矩的影响的原位研究。我们发现，Pt/Co上的氧暴露确实导致自旋轨道扭矩的增加，但增强是不是像以前报道的那么大。在沉积MgO覆盖层之后也观察到类似的自旋轨道扭矩的增强。对Pt/Co和Pt/Co/O体系Rashba分裂的从头计算结果表明，这种增强是由于表面吸附氧增强了Rashba-Edelstein效应.我们的研究结果揭示了氧在改变先前报道的自旋扭矩效率方面的不同作用。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall
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
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
Temperature-driven enhancement and sign reversal of field-like torque in Py/FePS$_3$ bilayers
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育研究所加尔各答分校）
研究揭示Py/FePS₃双层中温度驱动的场类扭矩增强与符号反转，揭示反铁磁绝缘体在调控自旋轨道扭矩对称性与效率中的作用。
2026-03-01 cond-mat.mes-hall
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-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
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
Self-induced spin-orbit torque switching in a synthetic antiferromagnetic Co 2 MnGa /MnGa bilayer
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）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Beihang University（北京航空航天大学）
该研究在无重金属的Co2MnGa/MnGa合成反铁磁双层中实现自诱导自旋轨道矩磁化切换，为SOT器件提供新路径。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall
Thermally induced spin-transfer torques in superconductor/ferromagnet bilayers
热致磁化动力学由于其在信息技术中的潜在应用而成为当前研究的热点。研究了热梯度中磁畴壁与相邻超导体相互作用的范型系统。由于超导体中的巨热电效应和等自旋对的产生的联合作用，在该系统中产生的自旋转移力矩大到足以引起比先前预测大$10^3$倍的高畴壁速度。
2022-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Giant spin transfer torque in atomically thin magnetic bilayers
在腔量子电动力学中，利用光子在两个限定腔的反射镜之间的多次反射来增强腔内原子的光耦合。我们表明，这种模式，用于增强与本地化的对象的相互作用的飞行粒子可以推广到基于范德华二维磁体的自旋电子学。在隧穿磁性双层时，我们发现每个电子入射的自旋转移力矩可以成为大于$\hbar/2$的数量级，这可能是由于电子通过铁磁单层的多反射路径作为其角动量转移的中间体。在隧穿共振附近的宽能量范围内，每个电子隧穿的阻尼式自旋转移力矩具有通用值$\frac{\hbar}{2} \tan{\fracθ{2}}$，仅取决于磁化之间的角度$θ$。这些发现扩展了基于范德华磁体的高性能和高密度存储的磁化操纵的范围。
2020-09-27 cond-mat.mes-hall
Spin-Torque Generation in Topological-Insulator-Based Heterostructures
利用拓扑绝缘体的异质结构表现出显著的自旋扭矩效率。然而，强扭矩的确切来源，特别是它是否源于拓扑表面态的自旋动量锁定，或者更确切地说，来自拓扑绝缘体的自旋霍尔物理仍然不清楚。在这里，我们探索了纯粹基于拓扑表面态的自旋扭矩产生机制。我们考虑拓扑绝缘体为基础的双层铁磁金属（TI/FM）和磁掺杂拓扑绝缘体（TI/mdTI），分别。通过将两种设置之间的关键理论差异归因于活性表面态的位置和数量，我们在拓扑表面态的非平衡自旋密度的自旋扩散的相同框架内描述了这两种设置。对于TI/FM双层，我们发现大的自旋扭矩效率大致相等的幅度为平面内和平面外的自旋扭矩。对于TI/mdTI双层，我们阐明了自旋转移类扭矩的主导地位。然而，我们无法解释数量级的增强报告。尽管如此，我们的模型给出了一个直观的图片的自旋扭矩产生的拓扑绝缘体为基础的双层，并提供了理论上的限制自旋扭矩产生由于拓扑表面状态。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall
Sign reversal of field like spin-orbit torque in ultrathin Chromium/Nickel bilayer
本文报道了超薄铬（1.5nm-5 nm）/镍（8 nm）双层膜中场的非常规符号变化。通过通射频电流和测量直流电压，在Cr/Ni双层膜中进行了标准自旋矩铁磁共振（ST-FMR）实验。我们观察到，当Cr层的厚度是临界低的（<6 nm）时，Cr在Ni上的自旋轨道扭矩显著增加。最重要的是，类场转矩的符号与奥斯特场产生的转矩相反。为了验证该扭矩的界面性质，在Cr和Ni之间插入2nm薄Cu，并且场状扭矩表现为与奥斯特场诱导扭矩相同。因此，这种非常规的场类扭矩符号变化的可能起源可能是存在于Cr和Ni之间但在Cr/Cu/Ni异质结构中消失的界面Rashba类自旋轨道相互作用。根据我们的实验，我们可以估计，当1 E12 A/m^2电流流过Cr层时，在8 nm厚的Ni层上产生约35 Oe的有效Rashba类磁场。所有实验均在室温下进行。因此，Cr薄膜具有顺磁体性质（体Cr的Neel温度为311 K）。因此，Cr可以是一个很好的选择，作为一种重金属，采用大的自旋轨道扭矩结合体自旋霍尔效应和界面Rashba相互作用。
2017-06-22 cond-mat.mes-hall
Interplay of spin-orbit torque and thermoelectric effects in ferromagnet/normal metal bilayers
我们提出了谐波横向电压测量的电流感应热电和自旋轨道扭矩（SOT）的影响，在铁磁/正常的金属双层，其中焦耳加热和SOT共存产生的热梯度，并产生交流横向信号具有可比的对称性和幅度。基于横向电阻的对称性和场依赖性，我们开发了一种一致的方法来分离热电和SOT测量。通过解决第一铁磁体/轻金属双层与可忽略的自旋-轨道耦合，我们表明，在平面内的电流注入诱导的垂直热梯度的符号和幅度是由电阻率的差异和堆叠顺序的磁性和磁性层。然后，我们研究铁磁/重金属双层膜与强自旋轨道耦合，表明二次谐波热电贡献的横向电压可能会导致一个显着高估的antidamping SOT。我们发现Ta（6 nm）/Co（2.5nm）双层膜的热电效应很强，而Pt（6 nm）/Co（2.5nm）双层膜的热电效应可以忽略不计。在横向电压分析中考虑这些效应后，我们发现这些双层中的反阻尼SOT在标准化到磁化体积后，与具有垂直磁化的较薄Co层中发现的SOT相当，而类场SOT大约小一个数量级。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall
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
Detection of long-range orbital-Hall torques
该研究通过比较 Nb/Ru 与不同铁磁体双层膜中的类阻尼转矩及 Ni 厚度依赖，识别并量化了长程轨道霍尔转矩。
2023-02-08 cond-mat.mes-hall
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
Resonant current-in-plane spin-torque diode effect in magnet$-$normal metal bilayers
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
研究通过磁电电路方法揭示了在磁铁-正常金属双层中，共振频率下平面电流自旋扭矩二极管效应的机制及应用
2025-10-08 cond-mat.mes-hall
Effect of spin relaxations on the spin mixing conductances for a bilayer structure
自旋电流可以在正常金属（NM）中产生自旋转移矩|铁磁绝缘体（FMI）或普通金属（NM）|铁磁-金属（FMM）双层。在早期的研究中，自旋弛豫被忽略或唯象地引入。在本文中，考虑FMM或FMI与自旋弛豫描述的非厄米哈密顿量，我们推导出一个有效的自旋转移力矩和有效的自旋混合电导在非厄米双层。给出了有效自旋混合电导与系统参数（绝缘带隙、\textit{s-d}耦合和层厚）的关系以及有效自旋混合电导的实部和虚部之间的关系，并进行了讨论.我们发现在非厄米系统中有效自旋混合电导可以得到增强。这为我们提供了增强自旋混合电导的可能性。
2018-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Current-induced spin torque resonance of magnetic insulators affected by field-like spin-orbit torques and out-of-plane magnetizations
从理论上研究了磁性绝缘体Y_3Fe_5O_（12）和具有自旋-轨道相互作用的普通金属Pt组成的双层膜系统中的自旋矩铁磁共振（ST-FMR）。基于漂移扩散自旋模型和量子力学边界条件，我们对所有磁化方向和类场自旋轨道矩的存在下的ST-FMR进行了建模。ST-FMR实验可以揭示双层膜中电流和磁化强度之间的自旋轨道耦合的关键信息。
2015-02-28 cond-mat.mes-hall
Large interfacial spin-orbit torques in layered antiferromagnetic insulator NiPS$_3$/ferromagnet bilayers
寻找操纵磁性比特的有效方法是自旋电子学研究的核心目标之一。电产生的自旋轨道转矩（SOTs）是很好的候选者，近年来，对能够产生高效SOTs的材料的研究已经获得了很大的吸引力。虽然反铁磁体/铁磁体双层结构已被广泛用于无源应用，例如通过使用交换偏置场，但它们的有源特性尚未被广泛采用。在这里，我们显示了大的界面SOT的存在下，在双层的铁磁体和二维层状反铁磁绝缘体NiPS $_3$。我们观察到一个大的面内阻尼样界面扭矩，显示了扭矩传导率的$σ_\mathrm{DL} \approx 1 \times 10^{5} \mathrm{(\frac{\hbar}{2e}) /(Ωm)}$，即使在室温下，在文献中报道的最好的设备相比，标准的重金属为基础的和拓扑绝缘体为基础的设备。此外，我们的设备还显示出从NiPS $_3$ /铁磁体界面产生的面外场状扭矩，进一步表明在我们的结构中存在界面自旋轨道耦合。温度依赖性的测量揭示了随着温度的降低，SOT的增加，低于NiPS $_3$（$T_N \approx 170 \mathrm{K}$）的Néel温度，指出磁有序对我们测量的SOT的可能影响。我们的研究结果显示了反铁磁绝缘体和二维材料在未来自旋电子学应用中的潜力。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall
First Principles Study of Angular Dependence of Spin-Orbit Torque in Pt/Co and Pd/Co Bilayers
近年来，在重金属（HM）/铁磁（FM）双层膜中，由于自旋霍尔效应和界面效应引起的自旋轨道矩（SOT）被用来通过面内电流注入实现磁化方向的切换.本文利用Keldysh Green函数方法和第一性原理电子结构计算，确定了HM/Co（HM = Pt，Pd）双层膜的类场（FL）和类阻尼（DL）SOT分量。我们的方法产生的FL和DL-SOT的磁化方向上的角度依赖性，而不假设先验的角度形式。SOT分解成费米海和费米面的贡献表明，SOT是由后者占主导地位。由于Co和HM之间的大晶格失配，我们还确定了拉伸双轴应变对FL和DL-SOT组件的影响。计算的FL-和DL-SOT的HM厚度的依赖性是总体上与实验吻合良好。SOT与费米能级位置的关系表明，DL-SOT主要由体HM的自旋霍尔效应决定。
2018-05-21 cond-mat.mes-hall
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
Thermally induced spin torque and domain wall motion in superconductor/antiferromagnetic insulator bilayers
我们从理论上研究了由相邻自旋分裂超导层中热产生的自旋电流引起的反铁磁绝缘层中的畴壁运动。一个未补偿的反铁磁界面使两个关键因素的机制-自旋分裂的超导体和吸收的自旋电流的反铁磁。用准经典理论和反铁磁体的Landau-Lifshitz-Gilbert描述处理超导体，我们发现畴壁沿热梯度以相对较大的速度$\sim 100$ m/s传播。我们的建议利用自旋分裂超导体的巨大的热响应，在实现大的自旋扭矩驱动畴壁和反铁磁体的其他自旋纹理。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Evidence of orbital Hall current induced correlation in second harmonic response of longitudinal and transverse voltage in light metal-ferromagnet bilayers
本研究通过二次谐波测量，在轻金属（Ti/Nb）与铁磁体（Ni/NiFe）双层结构中证实了轨道霍尔效应产生的轨道电流，并发现LM/Ni双层结构具有增强的阻尼类扭矩和单向磁电阻，表明轨道-自旋转换在Ni中发生并转移至铁磁层，且双层结构对轨道电流产生至关重要。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall
Absence of Orbital Hall Magnetoresistance in Nonmagnet/Ferromagnet Bilayers with Large Orbital Torque
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）；College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）；Fert Beijing Institute, MIIT Key Laboratory of Spintronics, School of Integrated Circuit Science and Engineering, Beihang University（北京航空航天大学集成电路科学与工程学院）；National Key Laboratory of Spintronics Hangzhou International Innovation Institute Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；Southwest Institute of Technical Physics（西南技术物理研究所）
研究发现非磁性/铁磁性双层中不存在轨道霍尔磁电阻，揭示了轨道与自旋传输的差异，并提供区分两者的方法。
2026-03-05 cond-mat.mes-hall
Exchange magnetic field torques in YIG/Pt bilayers observed by the spin-Hall magnetoresistance
利用自旋霍尔磁阻（SMR）测量了钇铁石榴石薄膜对Pt薄膜自旋积累的有效场力矩。结果，可以电测量铁磁绝缘层的磁化方向。实验的横向和纵向电阻是很好地描述的SMR的理论模型的直接和逆自旋霍尔效应，对于不同的Pt厚度[3，4，8和35 nm]。采用Pt的自旋霍尔角$θ_{SH}=0.08$，得到了Pt的自旋扩散长度（$λ=1.1\pm0.3$ nm）以及自旋混合电导的实部（$G_r=(7\pm3)\times10^{14}Ω^{-1}$ m $^{-2}$）和虚部（$G_i=(5\pm3)\times10^{13}Ω^{-1}$ m $^{-2}$）及其比值（$G_r/G_i=16\pm4$）.
2013-07-01 cond-mat.mes-hall
Co-sputtered PtMnSb thin films and PtMnSb/Pt bilayers for spin-orbit torque investigations
由于其在磁存储器中高效写入信息的潜力，最近人们广泛研究了自旋轨道扭矩（SOT）对磁化的操纵。特别注意的是非中心对称系统与空间反转不对称，SOTs出现，即使在单层材料。半金属半Heusler的PtMnSb是一个有趣的候选人，这种内在的SOT的研究。本文采用直流磁控共溅射法在MgO（001）衬底上高温超高真空下生长PtMnSb薄膜和PtMnSb/Pt双层膜，并研究了它们的外延特性。通过X射线衍射、X射线反射率、原子力显微镜和电子显微镜研究了薄膜的性质。PtMnSb薄膜呈现出（001）取向的单晶C1 b相，随着薄膜厚度的增加，C1 b相与（111）织构的多晶相共存。薄于约5 nm的膜以岛状生长，而较厚的膜逐层生长，形成完美的MgO/PtMnSb界面。薄的PtMnSb/Pt双层膜也表现出岛状生长和有缺陷的过渡区，而较厚的膜逐层生长，Pt在半Heusler化合物上外延生长而没有显著的相互扩散。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall
The Role of Self-Torques in Transition Metal Dichalcogenide/Ferromagnet Bilayers
本研究通过对比MoS2/坡莫合金双层与单层坡莫合金器件的SOT测量，发现自转矩与TMD层转矩存在竞争，且霍尔条尺寸显著影响SOT强度，强调器件细节对厘清SOT微观起源的重要性。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall
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
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
Skyrmion Hall effect and shape deformation of current-driven bilayer skyrmions in synthetic antiferromagnets
本文通过拉格朗日形式与微磁学模拟，揭示了合成反铁磁体中电流驱动双层斯格明子的霍尔效应与椭圆变形规律，并给出基于反铁磁交换矩的直观解释，为斯格明子赛道存储器等应用提供理论依据。
2025-07-21 cond-mat.mes-hall
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
First-principles theory of proximity spin-orbit torque on a two-dimensional magnet: Current-driven antiferromagnet-to-ferromagnet reversible transition in bilayer CrI$_3$
最近发现的二维（2D）磁绝缘体CrI $_3$是一个有趣的情况下，基础研究和自旋电子学的应用，因为它是一个铁磁体的散装，但在双层形式的反铁磁体，其磁秩序服从外部操纵。使用第一性原理量子输运方法，我们预测，注入非极化的电荷电流平行于界面的双层-CrI $_3$ /单层-TaSe $_2$范德华异质结构将诱导自旋轨道力矩（SOT），从而驱动磁化强度的第一单层的CrI $_3$与TaSe $_2$直接接触。通过结合计算复杂的角度依赖性的SOT与经典的磁化动力学的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，我们证明了电流脉冲可以切换的磁化方向上的第一单层，成为平行的第二单层，从而转换CrI $_3$从反铁磁体铁磁体，而不需要任何外部磁场。我们解释了这种可逆的电流驱动的非平衡相变的机制表明，第一单层的CrI $_3$进行电流由于金属过渡金属二硫属化物TaSe $_2$注入的倏逝波函数，同时获得强的自旋轨道耦合（SOC）通过这样的邻近效应，而第二单层的CrI $_3$保持绝缘。可以通过使垂直读取电流通过VdW异质结构来检测该转变，所述VdW异质结构由双层六方氮化硼封装并且夹在石墨电极之间，在那里我们发现$\simeq 240$ %的隧穿磁阻。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall
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
Thickness dependence study of current-driven ferromagnetic resonance in Y3Fe5O12/heavy metal bilayers
我们利用铁磁共振技术研究了YIG/重金属双层膜中的电流感应力矩。通过向重金属中施加微波电流并测量由自旋整流和自旋泵浦产生的纵向直流电压，测量了厚度从14.8 nm到80 nm变化的YIG样品，顶部具有Pt或Ta薄膜。从对称性分析的FMR线型和YIG厚度的依赖关系，我们推断，奥斯特场占主导地位的自旋转移力矩驱动磁化动力学。
2016-12-19 cond-mat.mes-hall
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
Current driven second harmonic domain wall resonance in ferromagnetic metal/ nonmagnetic metal bilayer: a field-free method for spin Hall angle measurements
研究了交流电流驱动的双层铁磁金属（FM）/双金属（NM）纳米线中的畴壁运动。用包含所有自旋转移力矩的修正Landau-Lifshitz-Gilbert方程的解描述了自旋霍尔效应存在时畴壁的运动。我们发现，除了已知的第一谐波激励的磁畴壁中心的第二谐波频率响应。与磁性薄膜中自旋-轨道转矩的谐波霍尔测量中实验观察到的二次谐波响应相反，该二次谐波响应直接源自自旋-轨道转矩驱动的畴壁动力学。基于由畴壁动力学产生的自旋电流，确定跨纳米线长度的纵向自旋动力产生的电压。二次谐波响应引入了一种新的实用的无场和全电的方法来探测FM/NM双层结构的有效自旋霍尔角，可以应用于实验。我们的研究结果还表明，利用FM/NM双层结构的磁畴壁为基础的自旋力矩信号发生器和谐振器的能力。
2017-10-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
