Spin-orbit torques (SOTs) have emerged as an efficient means to electrically control the magnetization in ferromagnetic heterostructures. Lately, an increasing attention has been devoted to SOTs in heavy metal (HM)/magnetic insulator (MI) bilayers owing to their tunable magnetic properties and insulating nature. Quantitative characterization of SOTs in HM/MI heterostructures are, thus, vital for fundamental understanding of charge-spin interrelations and designing novel devices. However, the accurate determination of SOTs in MIs have been limited so far due to small electrical signal outputs and dominant spurious thermoelectric effects caused by Joule heating. Here, we report a simple methodology based on harmonic Hall voltage detection and macrospin simulations to accurately quantify the damping-like and field-like SOTs, and thermoelectric contributions separately in MI-based systems. Experiments on the archetypical Bi-doped YIG/Pt heterostructure using the developed method yield precise values for the field-like and damping-like SOTs, reaching -0.14 and -0.15 mT per 1.7x$10^{ 11}$ A/$m^2$, respectively. We further reveal that current-induced Joule heating changes the spin transparency at the interface, reducing the spin Hall magnetoresistance and damping-like SOT, simultaneously. These results and the devised method can be beneficial for fundamental understanding of SOTs in MI-based heterostructures and designing new devices where accurate knowledge of SOTs is necessary.
A Comparative Study on Spin-Orbit Torque Efficiencies from W/ferromagnetic and W/ferrimagnetic Heterostructures
它已被证明，W在其电阻形式具有最大的自旋霍尔比在所有重过渡金属，这使得它是一个很好的候选人产生有效的阻尼类自旋轨道扭矩（DL-SOT）作用于相邻的铁磁或亚铁磁（FM）层。在这里，我们提供了一个系统的研究的自旋输运性质的W/FM磁性异质结构的FM层是铁磁Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$或亚铁磁Co $_{63}$ Tb $_{37}$与垂直磁各向异性。采用电流诱导磁滞回线法研究了W/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$和W/Co $_{63}$ Tb $_{37}$体系的DL-SOT效率$|ξ_{DL}|$与W缓冲层的微观结构之间的关系。在W/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$和W/Co $_{63}$ Tb $_{37}$异质结构中，当W层部分非晶时，分别获得最大值的$|ξ_{DL}|\approx 0.144$和$|ξ_{DL}|\approx 0.116$。我们的研究结果表明，自旋霍尔效应从电阻相的W可以被用来有效地控制铁磁和亚铁磁层通过DL-SOT机制。
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。
Exploring interfacial exchange coupling and sublattice effect in heavy metal/ferrimagnetic insulator heterostructures using Hall measurements, x-ray magnetic circular dichroism, and neutron reflectometry
Dirac-Surface-State Modulated Spin Dynamics in a Ferrimagnetic Insulator at Room Temperature
这项工作表明，显着修改的自旋动力学的磁性绝缘体（MI）的自旋动量锁定狄拉克表面状态的相邻的拓扑绝缘体（TI），可以利用自旋电子学应用。当Bi浓度x在5 nm厚的（BixSb 1-x）2 Te 3 TI膜中被系统地调谐时，当化学势接近狄拉克点时，表面相对于体态的权重在x = 0.32处达到峰值。在该浓度下，MI/TI异质结构中10 nm厚的Y3 Fe 5 O 12 MI膜旋进磁化强度的吉尔伯特阻尼常数提高了一个数量级，是所有浓度中最大的。此外，MI获得额外的强磁各向异性，有利于面内取向与类似的Bi浓度依赖性。狄拉克表面态的这些非凡效应使TI在调制相邻磁性层的自旋动力学方面区别于其他材料，例如重金属。
Current-induced in-plane magnetization switching in biaxial ferrimagnetic insulator
铁磁绝缘体（FiMI）广泛应用于微波、磁光器件以及自旋热电子学中，其磁化方向对器件性能起着重要作用。通常通过施加外部磁场来切换磁化。在这里，我们研究了电流诱导的自旋轨道转矩（SOT）开关的磁化在Y3 Fe 5 O 12（YIG）/Pt双层膜与面内磁各向异性，其中开关检测自旋霍尔磁阻。在室温下，当阈值电流密度为10^7 A·cm^-2时，可以发现可逆开关。反平行和不等磁矩的YIG亚晶格与电流脉冲方向平行或反平行排列，这与反铁磁系统中的Neel序反转相一致。有人提出，这样的开关行为可能是触发的反阻尼力矩作用在两个反平行的子晶格的FiMI。这一发现不仅拓宽了电学磁化翻转的研究领域，促进了人们对磁化翻转的理解，而且为实现低功耗的全电调制微波器件和自旋热电子学奠定了基础。
Spin-Hall Topological Hall Effect in Highly Tunable Pt/Ferrimagnetic-Insulator Bilayers
拓扑磁纹理，如skyrmions的电检测目前仅限于导电材料。虽然磁性绝缘体为Skyrmion技术提供了高速和低损耗的关键优势，但它们尚未被电探索。在这里，我们报告了一个突出的拓扑霍尔效应在Pt/Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$双层，其中原始的Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$外延膜的厚度下降到1.25单位电池允许调谐拓扑霍尔稳定性在很宽的范围内从200到465 K通过原子尺度的厚度控制。虽然Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$是绝缘的，我们证明了通过一种新的现象：“自旋霍尔拓扑霍尔效应”（SH-THE），其中界面自旋轨道扭矩允许自旋霍尔效应产生的自旋在Pt中经历独特的拓扑结构的底层skyrmions在Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$的拓扑磁纹理的检测。这种新颖的电检测现象为在未来的skyrmion技术中利用大家族的磁性绝缘体铺平了新的道路。
Identifying the origin of the non-monotonic thickness dependence of spin-orbit torques and interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in a ferrimagnetic insulator heterostructure
Spin, charge and orbital ordering in ferrimagnetic insulator YBaMn$_2$O$_5$
发现含有角连接MnO $_5$四棱锥的缺氧（双）钙钛矿型YBaMn $_2$ O $_5$在其基态表现出亚铁磁有序。在目前的工作中，我们报告广义梯度校正，相对论第一性原理全势能密度泛函计算进行YBaMn $_2$ O $_5$在的铁磁，铁磁和亚铁磁状态。的电荷，轨道和自旋的顺序解释与网站，角动量和轨道投影的状态密度，电荷密度图，电子结构和总能量的研究。YBaMn $_2$ O $_5$稳定在G型亚铁磁态。实验观察到的绝缘行为出现，只有当我们在我们的计算中包括亚铁磁有序。我们观察到显着的光学各向异性在这种材料中起源于亚铁磁有序和晶场分裂的综合效应。为了获得知识的存在下，不同的价态的锰在YBaMn $_2$ O $_5$，我们计算了$K$ -边的X射线吸收近边光谱的Mn和O原子。从X射线吸收近边谱、超精细场参数和磁性研究中可以清楚地确定Mn的不同价态的存在。在实验提出的结构中，最近报道的基于$P$ 4/ $nmm$的描述被发现代表稳定的结构。
Transition between canted antiferromagnetic and spin-polarized ferromagnetic quantum Hall states in graphene on a ferrimagnetic insulator
在石墨烯的量子霍尔机制中，在零朗道能级处的反铁磁态和自旋极化铁磁态竞争，导致取决于所施加的磁场的方向和大小的倾斜反铁磁态。在这里，我们调查这种过渡在2.7 K的石墨烯霍尔棒，接近耦合到亚铁磁绝缘体Y $_{3}$ Fe $_{5}$ O $_{12}$。从非局域输运测量，我们证明了在石墨烯中的诱导磁交换场，这降低了所需的磁场调制的磁性状态在石墨烯。这些结果表明，石墨烯中的磁邻近效应是二维材料开发的重要组成部分，其中期望物质的有序状态可以用相对小的施加磁场（> 6 T）来调节。
Magnetic torque oscillations from warped helical surface states in topological insulators
提出了一种磁矩方法来研究拓扑绝缘体Bi 2 X 3（X=Se，Te）中Dirac锥面态的翘曲和质量隙.平行于表面的旋转场在螺旋表面态中诱导出非零翘曲的顺磁矩。它与所施加的场不共线，因此产生作为场角的函数的扭矩振荡，这是表面状态的直接签名。计算了力矩与磁场强度、磁场角度、化学势和狄拉克锥参数如翘曲强度和质量间隙的关系。结果表明，后者导致对称减少的四倍扭矩振荡。
Emergence of a spin Hall topological Hall effect in the non-collinear phase of the ferrimagnetic insulator terbium-iron garnet
Institute of Physics, Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）；Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons (ER-C-1), Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心格恩斯特·鲁斯卡电子显微与光谱中心（ER-C-1））；Center for Quantum Spintronics, Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学量子自旋电子学中心）
FeTaX2: A ferrimagnetic quantum anomalous Hall insulator
Fudan University（复旦大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Institute for Nanoelectronic Devices and Quantum Computing, Fudan University（复旦大学纳米电子器件与量子计算研究所）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
Current-driven domain wall dynamics in ferrimagnetic Ni-doped Mn4N films : very large domain wall velocities and reversal of motion direction across the magnetic compensation point
