Terahertz switching of antiferromagnetic order by Néel spin-orbit torques
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Fritz-Haber Institute of the Max Planck Society（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）
通过太赫兹电流脉冲在反铁磁体Mn₂Au中实现室温下超快、非热的奈尔向量旋转，展示了电场驱动反铁磁自旋轨道电子学的潜力。
2025-12-29 cond-mat.mes-hall
Nonlinear terahertz Néel spin-orbit torques in antiferromagnetic Mn$_2$Au
该研究用相位锁定单周期太赫兹脉冲激发 Mn$_2$Au 薄膜，观测到超快类场 NSOT 及高场下高达30°的非线性 Néel 矢量偏转，证明1 ps内90°相干翻转有望实现。
2023-05-05 cond-mat.mes-hall
Observation of Ultrafast Coherent and Incoherent Spin Torques via Terahertz Spin-Hall Magnetoresistance
Charles University（查理大学）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Czech Academy of Sciences（捷克科学院）；Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy（马克斯·玻恩非线性光学和短脉冲光谱研究所）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Fudan University（复旦大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Martin-Luther-Universität, Halle（哈雷马丁·路德大学）
本研究通过YIG/Pt体系观测到直流至1.5 THz的自旋霍尔磁电阻，揭示了超快自旋力矩由相干与非相干自旋力矩竞争导致，确立了太赫兹SMR作为探测自旋-磁子耦合的非接触方法，为新型自旋器件研发提供工具。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Transition of laser-induced terahertz spin currents from torque- to conduction-electron-mediated transport
自旋输运对于未来在太赫兹（THz）范围内工作的自旋电子器件至关重要。在F| N薄膜叠层由铁磁/亚铁磁层F和正常金属层N制成，自旋输运由（1）自旋极化传导电子和/或（2）电子自旋之间的扭矩介导。为了确定从（1）到（2）的交叉，我们研究了F| Pt堆叠，其中F由具有不同导电程度的模型材料组成。对于磁性绝缘体YIG，GIG和磁赤铁矿，观察到相同的动力学。它源于太赫兹界面自旋塞贝克效应（SSE），完全由金属层中电子的弛豫决定，并提供了GIG/Pt界面自旋混合电导的估计。值得注意的是，在半金属亚铁磁体Fe 3 O 4（磁铁矿）中，我们的测量揭示了两个方向相反的自旋电流分量。较慢的，积极的组件表现出SSE动力学和被分配到扭矩型磁振子激发的A-和B-自旋亚晶格的Fe 3 O 4。更快的负分量来自pyro-spintronic效应，并且可以一致地被分配给e-亚晶格少数自旋跳跃电子的超快退磁。这一观察结果支持了Fe 3 O 4的磁电模型。总的来说，我们的研究结果提供了一个新的途径，扭矩和导电电子介导的自旋电流的无接触分离。
2021-11-20 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic Single-layer Spin-Orbit Torque Oscillators
我们展示了如何通过一个单一的反铁磁层的电荷电流可以激发和控制自振荡。具有可调振幅和频率的持续振荡在各种几何形状中使用表现出有限耗散自旋轨道扭矩的某些类别的非中心对称材料是可能的。我们计算的稳态相图的电流和自旋轨道力矩大小的函数。各向异性磁阻导致所得到的AF振荡转换为太赫兹AC输出电压。这些发现为在简单的单层结构中设计太赫兹反铁磁自旋轨道力矩振荡器提供了一条有吸引力的新途径。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Intense terahertz laser fields on a quantum dot with Rashba spin-orbit coupling
研究了强太赫兹激光场和自旋轨道耦合对量子点中单电子自旋的影响。激光场和自旋轨道耦合可以强烈地影响电子态密度，并可以激发磁矩。磁矩的方向取决于系统的对称性，其幅度可以通过激光场的强度和频率以及自旋轨道耦合来调节。
2006-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Spin-Torque-driven Terahertz Auto Oscillations in Non-Collinear Coplanar Antiferromagnets
本文从理论上和数值上研究了自旋极化方向垂直于薄膜平面的反阻尼自旋矩作用下，金属非共线共面反铁磁体（$\mathrm{Mn_{3}Sn}$和$\mathrm{Mn_{3}Ir}$）中的太赫兹自振荡现象.为了获得这些原子力显微镜的序参量动力学，我们解决了三个朗道-Lifshitz-吉尔伯特方程耦合交换相互作用假设单域和多域（微磁学）动力学过程。在强交换作用的限制下，这些手征相反的原子力显微镜中序参量的振荡动力学，对于$\mathrm{Mn_{3}Sn}$可以映射为线性阻尼驱动摆，对于$\mathrm{Mn_{3}Ir}$可以映射为非线性阻尼驱动摆.的理论框架，使我们能够识别的输入电流的要求作为一个函数的材料和几何参数，激发振荡响应。在$\mathrm{Mn_{3}Ir}$和$\mathrm{Mn_{3}Sn}$的情况下，我们还得到了大输入电流下振荡频率的封闭形式近似解。我们的阈值电流和振荡频率的解析预测与数值结果吻合良好，因此可以作为紧凑的模型来设计和优化的自动振荡器。基于隧道各向异性磁电阻原理，采用电路模型，给出了自动振荡器输出功率和效率随振荡频率变化的详细模型。最后，我们探讨尖峰动力学的两个单向以及双向耦合AFM振荡器使用非线性阻尼驱动摆方程。
2022-01-15 cond-mat.mes-hall
Terahertz Antiferromagnetic Spin Hall Nano-Oscillator
我们考虑了自旋霍尔几何中绝缘反铁磁体的电流诱导动力学。足够大的垂直于Néel阶的面内电流会触发声学和光学本征模之间频率的自发振荡。驱动电流的方向决定了激励的手性。当电流超过阈值时，自旋泵浦和电流引起的转矩的组合效应引入动态反馈，该动态反馈维持具有经由所施加的电流可控的幅度的稳态振荡。对于不同的反馈强度，交流电压输出作为直流电流输入的函数进行数值计算。我们的发现为太赫兹反铁磁自旋力矩振荡器开辟了一条道路。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inverse orbital Hall effect and orbitronic terahertz emission observed in the materials with weak spin-orbit coupling
本研究在弱自旋轨道耦合的Ti、Mn材料中发现逆轨道霍尔效应与轨道电子学太赫兹发射，通过插入W层增强发射强度，可结合两种逆效应调控发射，为凝聚态物理研究和相关器件设计提供新方向。
2023-05-10 cond-mat.mes-hall
Manipulating the spin texture in spin-orbit superlattice by terahertz radiation
研究了具有Rashba自旋-轨道耦合的栅控超晶格在外加太赫兹辐射下的自旋织构。结果表明，自旋密度的局部分布可以通过调节辐射强度来翻转，从而允许具有不同偏振的自旋和光子的受控耦合。
2008-04-02 cond-mat.mes-hall
All-optical magnetometric characterization of the antiferromagnetic exchange-spring system Mn$_2$Au|Py by terahertz spin-torques
本研究通过太赫兹泵浦磁光探针实验，利用场类Néel自旋轨道力矩控制Mn2Au|NiFe交换弹簧系统，校准了AFM的光学双折射并提取了NSOTs效率，揭示了自旋主导的光学响应及畴分布，为太赫兹超快自旋相干翻转奠定基础。
2024-09-26 cond-mat.mes-hall
Orbitronics: Light-induced Orbit Currents in Terahertz Emission Experiments
本文首次在Ni基多层膜中利用飞秒光脉冲直接产生轨道电流，并通过其转化为电荷流实现太赫兹发射探测，证明轨道电流在Ni体系中显著强于自旋电流，为轨道电子学太赫兹器件发展开辟新方向。
2023-07-07 cond-mat.mes-hall
Intense terahertz laser fields on a two-dimensional electron gas with Rashba spin-orbit coupling
利用Floquet态求解含时薛定谔方程，研究了强太赫兹激光场下具有Rashba自旋轨道耦合的InAs基二维电子气的自旋相关态密度和自旋极化密度.结果表明，这两种密度都受到太赫兹激光场的强烈影响。特别是在电子气中感应出垂直于外太赫兹激光场的太赫兹磁矩。利用这种效应可以有效地将太赫兹电信号转换为太赫兹磁信号。
2004-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital Torque: Torque Generation by Orbital Current Injection
我们提出了一种机制的扭矩产生注入的轨道电流，我们称之为$\textit{orbital torque}$。在由非磁性层（NM）和铁磁性层（FM）组成的磁性双层中，我们考虑了自旋轨道耦合（SOC）只存在于FM中的情况。虽然在NM中不存在SOC，但是在NM中可以出现轨道霍尔效应。当产生的轨道霍尔电流注入FM时，FM的SOC将轨道角动量转换为自旋，从而对FM的磁化施加扭矩。值得注意的是，即使对于与$3d$ FM的SOC强度相当的小SOC强度，轨道扭矩也可以与具有强SOC的NM的自旋霍尔效应引起的自旋扭矩相当。这提供了一种实验探测OHE的方法，并为实现基于轻元素的自旋扭矩器件开辟了一个新的场所，该器件表现出巨大的轨道响应。实验的影响进行了讨论。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall
Inverse Orbital Hall Effect Discovered from Light-Induced Terahertz Emission
轨道电子学的最新进展揭示了利用轨道电流作为信息载体的可能性。轨道电流和电荷电流之间的相互转换是轨道信息处理的关键。虽然轨道电流可以通过轨道霍尔效应从电荷电流产生，但是由于缺乏可靠的轨道电流源以及无所不在的逆自旋霍尔效应的干扰，仅在极少数系统中观察到从轨道电流到电荷电流的转换。在这项研究中，我们表明，超快脉冲的轨道电流可以产生在镍层飞秒激光脉冲。我们证明，通过注入这样的轨道电流脉冲到超导金属，瞬态充电电流的诱导和发射太赫兹电磁脉冲。金属氧化物层充当轨道电流到充电电流的转换器。光生轨道电流的产生和转换的发现为未来轨道电子器件的发展开辟了一条新的途径。
2023-03-09 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque opposing the Oersted torque in ultrathin Co/Pt bilayers
采用电驱动铁磁共振技术研究了Co_2Co/Pt双层膜中的电流感生转矩。的角度依赖的共振，检测整流效应作为电压，进行了分析，以确定的对称性和相对大小的自旋轨道扭矩。观察到反阻尼（Slonczewski）和类场转矩。随着铁磁体厚度从3 nm减小到1 nm，类场转矩的符号反转。这一观察结果与超薄双层中Rashba自旋轨道力矩的出现是一致的。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall
Current-induced torques in the presence of spin-orbit coupling
在强自旋-轨道耦合系统中，自旋转移矩与自旋流发散度之间的关系被推广为自旋转移矩、总角动量流和机械力矩之间的关系。在铁磁半导体中，自旋-轨道耦合很大，这些考虑会改变自旋转移力矩的行为。一个例子是自旋阀中的持续自旋转移力矩：自旋转移力矩不会从界面衰减，而是接近恒定值。第二个例子是在单个铁磁-铁磁界面处的机械扭矩。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall
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
Giant Response and Harmonic Generation in Néel-Torque Antiferromagnetic Resonance
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
研究揭示奈尔自旋轨道扭力在反铁磁共振中产生巨响应及谐波生成，提出多层反铁磁纳米器件实现高效频率转换。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological Force and Torque in Spin-Orbit Coupling System
研究了自旋轨道耦合系统中的拓扑力和拓扑力矩。结果表明，拓扑力和拓扑力矩表现为电磁场中的纯相对论性量子效应。拓扑力和扭矩的起源都是Zitterbewegung效应。考虑到自旋轨道耦合的非线性行为，我们讨论了拓扑力驱动的可能现象。
2007-03-02 cond-mat.mes-hall
Recent advances in spin-orbit torques: Moving towards device applications
自旋电子器件利用电流来操纵磁化的能力已经导致了大规模的发展，例如磁性随机存取存储器，并推动了自旋电子学研究领域。在这方面，在过去的十年中，使用自旋轨道扭矩的磁化操纵已经投入了大量的研究关注，因为它显示了未来超快和功率高效的磁存储器的巨大前景。在这篇综述中，我们总结了最新的进展，在自旋轨道扭矩的研究和突出的一些技术挑战，实用的自旋轨道扭矩装置。我们将首先介绍基本概念，并重点介绍自旋轨道扭矩器件的最新材料选择。然后，我们将总结的重要进展，在磁化翻转动力学的研究中使用自旋轨道力矩，这是重要的科学和技术方面。最后一个主要部分集中在外部辅助场自由自旋-轨道转矩切换的概念，这是一个实际的自旋-轨道转矩设备的要求。
2018-08-21 cond-mat.mes-hall
Intrinsic spin-orbit torque in an antiferromagnet with a weakly noncollinear spin configuration
反铁磁体是一种很有前途的自旋-轨道力矩产生材料。早期对反铁磁体中自旋-轨道矩的研究仅限于共线自旋组态。计算了自旋序为弱非共线的反铁磁体的自旋轨道矩。这种非共线可以自发地诱导磁化动力学过程中，即使当平衡自旋配置是完美的共线。结果表明，从完美的共线偏差可以修改的自旋-轨道扭矩的属性，因为非共线产生额外的Berry相位贡献的自旋-轨道扭矩，这是禁止共线自旋配置。在足够干净的反铁磁体中，这种修改可能是重要的。我们估计这种效果是相关的快速反铁磁畴壁运动。
2018-04-03 cond-mat.mes-hall
Spin orbit torque in disordered antiferromagnets
我们使用线性响应理论和紧束缚模型上实现的非平衡格林函数技术研究了存在Rashba自旋轨道耦合的反铁磁材料中电流诱导的自旋轨道扭矩。我们发现，交错的自旋密度来自带间的贡献。无序的影响仅限于力矩大小的减小，并没有对力矩对自旋轨道强度的依赖性以及反铁磁局域磁矩与巡游电子自旋之间的交换相互作用带来任何反常行为。我们证明了自旋轨道矩是强大的反铁磁自旋阀自旋转移矩的情况下，对应用程序的障碍相比。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall
Infrared to terahertz optical conductivity of $n$-type and $p$-type monolayer MoS$_2$ in the presence of Rashba spin-orbit coupling
我们研究了Rashba自旋轨道耦合（SOC）对n型和p型单层MoS 2光电性质的影响。在Kubo形式主义内计算光学电导率。我们发现，自旋翻转跃迁启用的Rashba SOC的结果在光谱中的宽吸收窗口。此外，我们评估的辐射的偏振方向，温度，载流子密度，和强度的Rashba自旋轨道参数的光学电导率的影响。我们发现，吸收峰或吸收窗口的位置，宽度和形状可以通过改变这些参数进行调谐。这项研究表明，单层二硫化钼可以是一个有前途的可调光学和光电材料，是活跃的红外太赫兹光谱范围。
2021-09-16 cond-mat.mes-hall
Field-Assisted Sub-Terahertz Spin Pumping and Auto-Oscillation in NiO
自旋抽运将亚太赫兹电磁波转换为直流自旋电流已在具有易轴磁各向异性的反铁磁体中得到证实。然而，容易平面AFM，如NiO，更容易在实验上制备，被认为是不好的候选人自旋泵，因为内尔矢量振荡是线性偏振的，放置在实际应用中的材料选择的主要限制。通过NiO的案例研究，我们表明，以下的自旋翻转过渡施加磁场可以大大修改的共振本征模的偏振，这使得相干亚太赫兹自旋泵浦的易轴AFM一样强。此外，我们还发现外加磁场可以显著降低自旋转移矩触发的Néel矢量自振荡阈值。这些突出的场辅助效应可以极大地促进亚太赫兹频率范围内的自旋电子器件工程。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-generated spin-orbit torque driven by anomalous Hall current
本文发现铁磁导体中由反常霍尔电流驱动的巨自旋轨道力矩，其幅度足以抵消磁阻尼并实现微波纳米振荡器，且在耦合振荡器阵列中具独特优势。
2024-01-10 cond-mat.mes-hall
Theory of spin-Hall magnetoresistance in the AC (terahertz) regime
在由具有自旋-轨道耦合的正常金属（N）和铁磁体（F）组成的双层中，自旋-霍尔效应、自旋转移矩和逆自旋-霍尔效应的组合对N的面内电导率给出小的校正，这被称为自旋-霍尔磁阻（SMR）。我们在这里提出了一个理论的SMR和相关的非对角电导率校正的频率高达太赫兹制度。我们表明，SMR信号具有明显的奇异性，在自旋波频率的F，这表明它作为一个潜在的工具，磁振子模式的全电子光谱。在较低的频率的SMR的幅度的系统性变化与发病的纵向磁振子的贡献，自旋输运通过F-N界面。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall
Topologically Driven Spin-Orbit Torque in Dirac Matter
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所）
本文研究磁性石墨烯器件中拓扑边缘态驱动的自旋轨道力矩，发现量子反常霍尔相中的类阻尼力矩平台及狄拉克点处的大类阻尼力矩，并可通过自旋-赝自旋纠缠调控。
2025-10-07 cond-mat.mes-hall
Valley-dependent spin-orbit torques in two dimensional hexagonal crystals
本文研究了石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯等二维六方晶体的自旋轨道矩。该力矩具有两个分量，一个是由反自旋电流效应引起的类场项，另一个是由混合自旋- $k$空间中的Berry曲率引起的反阻尼力矩。在交错位和交换场的存在下，谷简并可以解除，我们得到一个谷依赖的Berry曲率，导致一个可调的反阻尼力矩通过控制谷自由度。通过调节偏置电压或磁化角，可以使谷值不平衡度达到100%。这些发现为通过结构设计来发展电流驱动的自旋轨道力矩开辟了新的途径。
2015-09-27 cond-mat.mes-hall
Optical spin transfer and spin-orbit torques in thin film ferromagnets
研究了圆偏振光激发下薄膜铁磁层中的光致转矩。我们研究的情况下，有和没有Rashba自旋轨道耦合使用4带模型。在没有Rashba自旋轨道耦合的情况下，我们推导出了光学力矩的解析表达式，揭示了力矩主要来自光学自旋转移力矩（即当力矩沿光学角动量方向时）的条件，以及当力矩来自逆法拉第效应（即当力矩垂直于光学角动量时）的条件。我们发现，当激发能远离带边跃迁时，光自旋转移矩占主导地位，磁交换分裂远大于寿命展宽。对于大的Rashba自旋轨道耦合和面外磁化的情况下，我们发现扭矩一般是垂直于光子角动量，并归因于光学Edelstein效应。
2017-09-15 cond-mat.mes-hall
Current-induced torques and interfacial spin-orbit coupling
在双层系统中，由相邻于具有强自旋-轨道耦合的金属的铁磁层组成，所施加的面内电流在磁化上引起转矩。由自旋-轨道耦合引起的力矩特别令人感兴趣。在这里，我们计算的电流引起的扭矩在Pt-Co双层，以帮助确定使用第一原理方法的基本机制。我们只关注Rashba力矩的模拟，而不考虑自旋霍尔效应。扭矩的细节强烈地依赖于层的厚度和界面结构，提供了一个解释不同的群体发现的结果的广泛变化。扭矩取决于磁化方向的方式类似于一个简单的Rashba模型。分别关闭交换自旋分裂和Pt中的自旋轨道耦合势表明，“类场”扭矩的主要来源是由Pt中的强自旋轨道耦合引起的Co层上的近似自旋轨道效应。
2013-09-05 cond-mat.mes-hall
Scaling of the Rashba spin-orbit torque in magnetic domain walls
通过求解巡游电子的泡利-薛定谔方程，研究了磁畴壁中的自旋轨道矩。所考虑的Rashba相互作用来自铁磁体和重金属之间的界面处的反转对称性的破坏。在平衡状态下，Rashba自旋-轨道相互作用产生一个与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用相对应的力矩。当有电流流过时，短畴壁中的巡游电子所经受的自旋轨道力矩具有类场和类阻尼分量。然而，当畴壁宽度增加时，与非绝热自旋转移力矩对应的类阻尼分量在畴壁中心迅速减小。与非绝热自旋转移矩相反，在远离畴壁中心处，即使在绝热极限下，类阻尼自旋轨道矩也不会趋近于零。由于Rashba自旋轨道相互作用和畴壁内磁化强度的空间变化引起的上自旋和下自旋波函数的散射，产生了有限的类阻尼自旋轨道矩.
2019-07-21 cond-mat.mes-hall
Torque field and skyrmion movement by spin transfer torque in a quasi-2d interface in presence of strong spin-orbit interaction
我们研究了具有强自旋-轨道相互作用的铁磁体与含有Skyrmion的材料之间界面处的力矩场和Skyrmion运动。我们分析了半导体材料和拓扑绝缘体使用的哈密顿模型，其中包括一个线性项。自旋力矩感应电流被认为是在单带极限流动，因此使用电流的量子模型。Skyrmion运动由于自旋转移力矩证明是更困难的自旋轨道相互作用的情况下，只有界面面内电流存在。然而，窄纳米线中的边缘效应可用于驱动skyrmion运动并对其运动方向施加有限的控制。我们还显示了由于电流在许多和单频带限制的扭矩字段之间的差异和相似之处。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall
Interfacial and bulk spin Hall contributions to field-like spin-orbit torque generated by Iridium
我们目前的测量所产生的自旋轨道扭矩作为溅射Ir/CoFeB和Ir/Co样品的膜厚度的函数由Ir。我们发现，Ir提供了一个阻尼的自旋轨道扭矩的组件，最大自旋扭矩电导率为1.4e5在SI单位和最大自旋扭矩效率为0.04，这是足以驱动开关在0.8 nm的CoFeB薄膜与垂直磁各向异性。我们还观察到一个令人惊讶的大场一样的自旋轨道扭矩。作为Ir厚度函数的测量结果表明，界面机制对FLT有很大的影响，因此，在Ir极限下，存在非零FLT，最大扭矩传导率为-5.0E4（SI单位）。当Ir膜厚度变得与其自旋扩散长度1.6 nm相当或大于其自旋扩散长度1.6 nm时，也存在对类场转矩的较小的体贡献。
2021-05-06 cond-mat.mes-hall
Resonant Measurement of Non-Reorientable Spin-Orbit Torque from a Ferromagnetic Source Layer Accounting for Dynamic Spin Pumping
使用多层结构包含（钴探测器层）/（铜间隔）/（坡莫合金源极层），我们的实验表明如何不可重定向的自旋-轨道扭矩所产生的坡莫合金源极层（自旋-轨道扭矩的组成部分，不改变坡莫合金磁化旋转时）可以使用自旋扭矩铁磁共振（ST-FMR）与线形分析测量。我们发现，动态自旋泵的磁性层之间施加的扭矩的磁性层大或大于自旋轨道扭矩，因此，如果动态自旋泵被忽略的结果将是一个大的高估的自旋轨道扭矩。然而，这两种效应可以通过执行作为频率的函数的ST-FMR来分离。我们测量一个不可重定向的自旋扭矩比$ξ_{\text{Py}} = 0.04 \pm 0.01$的自旋电流从坡莫合金通过8纳米铜间隔的Co，和动态自旋泵的强度，这是与以前的测量传统的铁磁共振一致。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall
Semi-realistic tight-binding model for spin-orbit torques
在双中心紧束缚近似下，我们用Slater-Koster参数化方法计算了过渡金属异质结中的自旋-轨道矩。在该方法中，自旋-轨道耦合的Russel-Saunders方案内，这使我们能够处理界面和体自旋-轨道输运在平等的基础上。的两个组成部分的自旋-轨道扭矩，耗散（阻尼类）和反应（类场），计算内久保线性响应理论。通过系统地研究它们的厚度和角度依赖性，我们能够准确地表征这些组件超越传统的“逆自旋电流”和“自旋霍尔”效应。而传统的类场扭矩是纯粹的界面，我们毫不含糊地表明，传统的阻尼扭矩具有界面和批量的贡献。此外，类场和类阻尼扭矩显示显著不同的厚度行为的大量的角度依赖性。虽然类场转矩的平面贡献随着金属厚度的增加而平滑地减小，但类阻尼转矩的平面贡献随着金属厚度的增加而急剧增加。最后，我们研究了铁磁体在自旋轨道耦合关闭时的自转矩。我们的研究结果表明，自旋积累，建立在铁磁体内部可以大到足以诱导磁激发。
2020-02-13 cond-mat.mes-hall
Interfacial spin-orbit torques
自旋轨道力矩提供了一个很有前途的机制，电控制纳米异质结构的磁化动力学。虽然自旋轨道扭矩主要发生在界面处，但这些扭矩的物理机制可能起源于体层和界面。根据自旋-轨道力矩产生的区域对它们进行分类，为如何优化效果提供了线索。虽然大多数体自旋-轨道力矩的贡献得到了很好的研究，但对称性所允许的许多界面贡献还有待于在理论和实验上充分探索。为了促进进展，我们审查界面自旋轨道力矩从半经典的观点，并与这些贡献最近的实验结果。在同一模型中，我们显示了不同的界面输运参数之间的关系。对于垂直于界面流动的电荷和自旋，界面自旋-轨道耦合不仅改变了磁电子电路理论的混合电导，而且引起自旋记忆损失。对于面内电场，界面自旋-轨道耦合产生自旋-轨道滤波、自旋交换和旋进描述的力矩。此外，这些相同的界面过程产生流入非磁性层的自旋电流。对于三层结构中的平面内电场，在一个铁磁层和非磁性间隔层之间的界面处产生的自旋电流可以传播通过非磁性层，以在另一铁磁层上产生新的扭矩。
2020-08-03 cond-mat.mes-hall
Emerging Spin-Orbit Torques in Low Dimensional Dirac Materials
本研究从理论上揭示了破缺反演对称性的二维狄拉克材料中涌现的新型自旋轨道矩，发现本征类阻尼矩可与类场矩同时增强，还存在自旋-赝自旋耦合产生的特有矩，且其抗无序性强，可提升邻近磁体的磁开关性能。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall
Spin orbit induced torque in collinear spin valve structuer and associated entropy
我们预测，由于自旋-轨道（SO）相互作用，即使对于自旋阀结构（F1/2DEG/F2）的平行配置也存在扭矩。这个力矩是由于自旋轨道相互作用而产生的。我们发展了自旋密度矩阵的散射理论，使我们能够定量地研究这种效应。进一步，我们证明了与极化输运相关的冯诺伊曼熵可以表现出非线性行为作为绝对角的函数，振子行为作为SO相互作用强度的函数.
2005-08-17 cond-mat.mes-hall
Spin wave emission by spin-orbit torque antennas
我们研究了自旋轨道力矩天线在Ta/CoFeB波导中产生传播自旋波的问题，并将其与传统的电感天线进行了比较。自旋-轨道力矩是由穿过磁波导的横向微波电流产生的。当考虑电流扩散时，检测到的跨波导（Damon-Eshbach配置）的面内磁化的自旋波信号在传播时表现出预期的相位旋转和幅度衰减。高达约6 rad/ $μ$ m的波矢可以被自旋轨道扭矩天线激发，尽管电流扩散，大概是由于微波电流的不均匀性。生成的反阻尼自旋霍尔和奥斯特场的相对大小进行了计算内的分析模型，它被发现，它们几乎相等的自旋轨道扭矩天线所产生的总有效场的贡献。由于旋进的椭圆率以及反阻尼自旋霍尔场和奥斯特场的不同取向，扭矩仍然由奥斯特场主导。获得一个纯粹的自旋-轨道扭矩响应的前景进行了讨论，是能量效率和自旋-轨道扭矩天线的标度特性。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall
Thermal Spin-Orbit Torque in Spintronics
在旋量玻尔兹曼方程（SBE）框架下，基于局域平衡假设，导出了具有Rashba自旋轨道相互作用的系统中与温度相关的热自旋轨道矩.如果我们将旋量Boltzmann方程的分布函数展开到局域平衡分布附近，就可以由SBE得到自旋扩散方程，从而可以从这个方程中读出我们所寻求的自旋转移矩、自旋轨道矩以及热自旋轨道矩。结果表明，这种热自旋轨道力矩来源于局域平衡分布函数的温度梯度，这比以往的工作更加明确和直接。最后，我们通过一个具有Rashba自旋-轨道耦合的铁磁体的自旋极化输运的例子来说明它们，在这个例子中，无论是由温度梯度还是偏置驱动的转矩都定量地表现出来。
2021-11-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermal Spin Orbit Torque with Dresselhaus Spin Orbit Coupling
本文基于旋量玻尔兹曼方程，在具有Dresselhaus自旋轨道耦合的二维铁磁体中推导出由温度梯度驱动且依赖于温度的热自旋轨道力矩，并建立了包含该力矩的自旋扩散方程，通过数值计算验证了相关力矩在自旋极化输运中的作用。
2023-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Layer-dependent spin-orbit torques generated by the centrosymmetric transition metal dichalcogenide $β$-MoTe$_2$
具有足够低的晶体对称性和强的自旋-轨道相互作用的单晶材料可用于在相邻铁磁体上产生新颖形式的自旋-轨道扭矩，例如先前在WTe $_2$ /铁磁体异质结构中观察到的面外反阻尼扭矩。在这里，我们提出了测量的低对称性材料$β$ -MoTe $_2$，它不像WTe $_2$保持体反转对称性所产生的自旋轨道扭矩。我们测量$β$ -MoTe $_2$ /坡莫合金异质结构的自旋-轨道扭矩使用自旋扭矩铁磁共振作为晶体取向和MoTe $_2$厚度下降到单层极限的函数。我们观察到一个平面外的反阻尼扭矩的自旋扭矩传导性强的1/3的WTe $_2$，表明体反转对称性的自旋产生材料中的破坏是不是一个必要的要求产生一个平面外的反阻尼扭矩。我们还测量了$β$ -MoTe $_2$厚度的意外依赖性--当$β$ -MoTe $_2$为单层或三层厚时，MoTe $_2$ /坡莫合金异质结构中存在面外反阻尼扭矩，但对于双层$β$ -MoTe $_2$的器件，该扭矩变为零。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall
Current-induced torques in textured Rashba ferromagnets
在具有小自旋-轨道耦合的系统中，磁化上的电流感应扭矩需要非均匀的磁化纹理。对于大的自旋-轨道耦合，即使在磁化方向上没有梯度，也存在这样的转矩。在这里，我们考虑在铁磁金属与Rashba自旋轨道耦合和非均匀磁化的电流感应扭矩。我们首先从现象学上构造了系统对称性所允许的所有转矩，在磁化方向梯度和电场中为一阶。其次，我们使用玻尔兹曼方法来计算自旋轨道耦合中出现的二阶自旋力矩。我们将我们的结果应用到电流驱动的畴壁，并发现畴壁的流动性受到强烈影响的扭矩，导致从自旋轨道耦合和磁化织构的不均匀性之间的相互作用。
2012-05-03 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
Nanowire Spin Torque Oscillator Driven by Spin Orbit Torques
来自施加到铁磁体的纳米级区域的自旋电流的自旋扭矩可以充当负磁阻尼，从而激发其磁化的自振荡。相反，自旋扭矩均匀地施加到扩展的铁磁膜的磁化不产生自振荡磁动力学，但导致饱和磁化强度的降低。在这里，我们报告的自旋扭矩的影响的研究系统的中间维度-铁磁纳米线。我们观察到相干的自振荡的磁化在铁磁纳米线作为一个自旋轨道力矩驱动的自旋力矩振荡器的有源区。我们的工作表明，磁化自振荡可以激发在一个一维的磁系统和自旋力矩振荡器的活动区域的尺寸可以扩展到纳米长度尺度以外。
2014-12-08 cond-mat.mes-hall
Tailoring spin-orbit torque in diluted magnetic semiconductors
本文研究了单层III-V族稀磁半导体中由内禀线性Dresselhaus自旋轨道耦合引起的自旋轨道矩。我们利用线性响应理论研究了输运性质和自旋矩，结果表明：（1）自旋矩的角度依赖性与费米面的各向异性之间存在很强的相关性;（2）自旋轨道矩与交换耦合之间存在非线性关系.我们的研究结果表明，有可能定制的自旋轨道扭矩大小和角度依赖的结构设计。
2013-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Effective field analysis using the full angular spin-orbit torque magnetometry dependence
自旋-轨道力矩保证了超高效的磁化切换，用于基于涌现准粒子（如畴壁和skyrmions）的先进设备。近年来，自旋结构动力学、自旋-轨道力矩可定制的材料和系统正在发展之中。一种允许检测给定系统中作为磁化方向的函数的作用转矩的方法是基于异常霍尔效应的高次谐波分析的转矩-磁力测量法。在这里，我们表明，有效领域的磁畴墙壁上的管理效率，他们的动态需要一个复杂的分析，考虑到完整的角度依赖的扭矩。使用1-D模型，我们比较了自旋轨道扭矩效率的脱钉测量和自旋扭矩磁强计。我们表明，有效领域可以准确地确定，我们发现很好的协议。因此，我们的方法现在允许我们快速筛选材料并预测由此产生的准粒子动力学。
2019-02-22 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
Effect of surface state hybridization on current-induced spin-orbit torque in thin topological insulator films
研究了在顶、底表面态杂化的情况下，拓扑绝缘体（TI）薄膜中的电流诱导自旋轨道矩。给出了自旋力矩与TI厚度之间的关系，并由此导出了使自旋力矩最大化的TI厚度的最佳值。我们数值计算表明，在典型的TI薄膜制成的$\mathrm{Bi_2Se_3}$，最佳的厚度约为3-5 nm。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall
Supercurrent-Induced Spin-Orbit Torques
我们从理论上研究了放置在具有破缺的空间反转对称性和强自旋轨道耦合的常规超导体上的铁磁有序自旋的二维晶格的超导电流诱导磁化动力学。我们发展的超导凝聚体和自旋系统的耦合动力学的唯象描述，并证明，超导电流产生的反应自旋轨道转矩的磁化。通过微观自洽计算，我们发现自旋-轨道矩源于电流诱导的自旋-三重态关联引起的库珀对的自旋极化。有趣的是，我们发现，存在一个内在的限制，最大可实现的自旋轨道力矩，这是由凝聚体和自旋系统之间的耦合强度。在近似空穴杂质半导体中，最大可实现的自旋-轨道扭矩场估计为$0.16$ mT的量级，这与铁磁半导体中电流感应磁化翻转的临界场相当。
2016-06-27 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torques and magnetization switching in perpendicularly magnetized epitaxial Pd/Co2FeAl/MgO structures
我们在磁控溅射垂直磁化外延MgO（001）//Pd/Co2 FeAl/MgO异质结中发现了有效的电流诱导自旋轨道转矩开关。这种用于自旋轨道扭矩MRAM器件的异质结构的优点在于，它们允许关键成分的独特组合：i）在写入期间降低电能消耗所需的低电阻率，ii）有效读取所需的高TMR比，以及iii）用于增加热稳定性的强垂直磁各向异性。
2019-06-27 cond-mat.mes-hall
Terahertz out-of-plane resonances due to spin-orbit coupling
本文发展了一个微观动力学理论，可以研究非阿贝尔SU（2）系统在一维、二维和三维磁场作用下与平均场和自旋轨道耦合的相互作用。标量和自旋分量的耦合动力学方程，并相对于外部电场线性化。动态的经典和量子霍尔效应，以这种方式，以及异常的霍尔效应，其中一个新的对称动态贡献的电导率。导出了包含任意电场的耦合密度和自旋响应函数。磁场在朗道能级的频率下感应出阶梯结构。结果发现，线性Dresselhaus和Rashba自旋轨道耦合的动态面外自旋响应出现在这些朗道水平频率建立太赫兹共振。
2013-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Extraction of the Anomalous Nernst Effect in the Electric Measurement of the Spin Orbit Torque
自旋轨道力矩由于其在操纵磁化方面的高能量效率而得到了广泛的研究。尽管迄今为止已经开发了用于测量自旋轨道扭矩的各种方法，但是测量结果经常显示出方法之间的不一致性，这意味着与自旋轨道扭矩无关的电动势（诸如能斯特效应）可能作为伪影影响测量结果。在这封信中，我们发展了一种独特的方法来区分自旋轨道力矩和反常能斯特效应。测量结果表明，在反常能斯特效应的影响下，自旋轨道矩可以被低估50%。
2015-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
