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
A quasi-linear spin-torque nano-oscillator via enhanced negative feedback of power fluctuations
我们报告了一种提高自旋力矩纳米振荡器（STNOs）性能的方法，该方法利用功率相关的负反馈来实现显着增强的动态阻尼。与频率随功率的足够慢的变化相结合，这可以导致准线性STNO，在偏置电流和场的范围内具有非常弱的功率和相位波动的非线性耦合。利用非均匀自旋扭矩的这种方法的实现表明，可以实现高度相干的室温STNO，同时保持显著的可调谐性。
2013-06-19 cond-mat.mes-hall
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
Topologically Driven Spin-Orbit Torque in Dirac Matter
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
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
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
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
Comparison of spin-orbit torques and spin pumping across NiFe/Pt and NiFe/Cu/Pt interfaces
实验研究了NiFe/Pt双层膜中直接界面和间断界面的自旋-轨道矩和自旋抽运。同时测量的阻尼类和类场转矩与自旋转矩铁磁共振调谐的直流偏置电流，而自旋泵电测量通过逆自旋霍尔效应使用微波腔。在界面处插入原子级薄的Cu粉化层减少了阻尼类扭矩、类场扭矩和自旋泵送，其减少因子几乎相同，为~1.4。这一发现证实了所观察到的自旋-轨道力矩主要来自自旋霍尔效应产生的自旋电流的扩散输运。我们还发现，在NiFe/Pt界面的自旋电流散射有助于额外的增强磁化阻尼，这是不同的自旋泵。
2016-02-12 cond-mat.mes-hall
Current-induced spin polarization and spin-orbit torque in graphene
使用格林函数形式，我们计算了具有Rashba自旋轨道相互作用的弱磁化石墨烯的电流诱导自旋极化。在一般情况下，电流诱导的自旋极化的所有分量都是非零的，这与自旋极化极限相反，其中自旋极化的唯一非零分量是石墨烯平面中的分量并且垂直于电场。当诱导自旋极化与磁化交换耦合时，它对后者施加自旋轨道力矩。本文用格林函数方法导出了自旋极化的解析公式，并确定了相应的自旋轨道矩分量。
2015-10-11 cond-mat.mes-hall
Sagnac interferometry for high-sensitivity optical measurements of spin-orbit torque
我们采用Sagnac干涉法测量薄膜磁性样品中自旋-轨道-力矩引起的磁倾斜的磁光克尔效应。高灵敏度的Sagnac干涉允许第一次从小角度的磁性倾斜的样品与垂直磁各向异性（PMA）的自旋轨道扭矩的光学量化。我们发现Sagnac测量和不恰当地执行谐波霍尔（HH）测量的自旋轨道扭矩的Pt/Co/MgO和Pd/Co/MgO样品与PMA之间的显着分歧。PMA样品的Sagnac结果与平面内几何形状的HH和Sagnac测量结果一致，因此我们得出结论，PMA HH测量的传统分析框架是有缺陷的。我们认为，这种差异的解释是，虽然磁场诱导的磁倾斜PMA样品可以产生一个强大的平面霍尔效应，当倾斜，而不是由自旋轨道扭矩产生的平面霍尔信号的变化可以忽略不计。这一非常令人惊讶的结果证明了用于测量PMA样品中的自旋轨道扭矩的最流行的方法中的误差，并且代表了理解磁性薄膜中的平面霍尔效应的未解决的难题。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall
Universal Absence of Walker Breakdown and Linear Current-Velocity Relation via Spin-Orbit Torques in Coupled and Single Domain Wall Motion
我们从理论上考虑了自旋轨道和自旋霍尔力矩驱动的畴壁运动。我们发现，这是可能的，以实现普遍缺乏沃克崩溃的所有自旋轨道扭矩使用实验相关的自旋轨道耦合强度。对于自旋轨道转矩以外的纯Rashba自旋轨道转矩，这给出了一个线性的电流-速度关系，而不是在高电流密度的速度饱和。这种效应非常强大，在软磁和硬磁材料中，以及在存在Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和合成反铁磁体中的耦合畴壁中都可以发现，在那里它会导致非常高的畴壁速度。此外，最近的实验表明，合成反铁磁体的切换不遵守通常的自旋霍尔角依赖性，但域的膨胀和收缩可以选择性地控制切换只施加在平面内的磁场大小，而不是它的符号。我们首次表明，自旋霍尔转矩和层间交换耦合的组合产生必要的相对速度，这种切换发生。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall
Intrinsic Spin Torque Without Spin-Orbit Coupling
我们推导出非绝热自旋力矩的非均匀磁性纹理的内在贡献。它在几个方面不同于以前考虑的贡献，并且在某些模型中可能是主要贡献。它不依赖于由于电流而引起的电子态占据的变化，而是由于施加电场时电子态的扰动。因此，它应被视为电场感应而不是电流感应。与以前报道的非绝热自旋力矩不同，它不是源于非本征弛豫机制，也不是自旋轨道耦合。这种内在的非绝热自旋力矩与Rashba系统的Berry相计算的内在自旋轨道力矩的手征连接有关。
2015-10-29 cond-mat.mes-hall
Non-equilibrium spin density and spin-orbit torque in three dimensional topological insulators - antiferromagnet heterostructure
研究了拓扑绝缘体-反铁磁体异质结构中的非平衡自旋密度和自旋轨道矩的行为。不像铁磁异质结构中的狄拉克锥是缺口由于时间反演对称性破缺，这里的狄拉克锥被保存。当输运能处于拓扑绝缘体表面能范围内时，我们证明了存在一个与阻尼转矩相对应的交错自旋密度，这对标量杂质是相当鲁棒的.我们显示的非平衡自旋密度的贡献，由于表面和散装拓扑绝缘体带。最后，我们发现拓扑绝缘体-反铁磁异质结构中的转矩具有角度依赖性，这与Rashba系统中的标准自旋轨道转矩一致，但界面耦合产生了一些额外的非线性效应.
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Spin torque due to non-uniform Rashba spin orbit effect
在对自旋-轨道诱导自旋力矩[S.G. Tan等人，arXiv：0705.3502（2007）; S. G. Tan等人，Ann.Phys.326，207（2011）]，L. M. Miron等人，Nature Mater，9，230（2010）.在这篇文章中，我们提出了三个额外的自旋力矩项，所产生的磁化空间的Rashba自旋轨道效应的非均匀性。我们提出了一个简单的Rashba梯度设备，它可以潜在地降低开关电流的n个数量级，其中大的n测量一个小的磁化变化。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall
Algebraic decay of the nonadiabaticity arising through chiral spin transfer torque in magnetic domain walls with Rashba spin-orbit interaction
通过求解磁畴壁内巡游电子的薛定谔方程，从理论上研究了无空间反演对称性的二维电子气系统的自旋转移矩.由于存在的Rashba自旋轨道耦合引起的破缺反转对称性，自旋转移扭矩是手性和nonadiabaticity，这是定义来衡量的非绝热，类场扭矩的相对重要性的绝热，阻尼类扭矩，表现出一个反幂律衰减的畴壁宽度的增加。这种代数衰减比在没有Rashba自旋轨道耦合的系统中观察到的指数衰减慢得多，并且可以在利用磁拓扑纹理（诸如磁畴壁和skyrmions）的自旋电子器件的创新设计中找到应用。
2020-06-01 cond-mat.mes-hall
Dirac Spin-Orbit Torques at the Surface of Topological Insulators
本文利用Kubo公式和Keldysh公式研究了拓扑绝缘体磁表面的自旋轨道力矩。通过分析推导出的自旋电荷方程，我们发现，所谓的狄拉克转矩具有不同的对称性相比，他们的Rashba对应，以及作为磁化方向的函数的高各向异性。特别地，当磁化位于拓扑绝缘体表面的平面中时，阻尼扭矩消失。这种特性具有重要的后果，在磁化动力学和开关，通过一个宏自旋模型数值证明。
2017-07-08 cond-mat.mes-hall
Inverse Orbital Torque via Spin-Orbital Entangled States
虽然在各种结构中已经通过实验发现了轨道电流引起的电流转矩，但迄今为止还没有证据证明其相互作用。在这里，我们报告的YIG/Pt/CuOx（YIG = Y3 Fe 5 O 12）介导的Pt中的自旋轨道纠缠电子态的强逆轨道力矩的实验证据。通过铁磁共振自旋泵浦和自旋Seebeck效应从YIG向Pt注入自旋电流，我们发现了明显的反自旋霍尔效应信号。虽然部分信号被解释为由于Pt中的逆自旋轨道霍尔效应，但我们也发现与YIG/Pt中的信号相比，YIG/Pt/CuOx结构中的信号显著增加。我们将其归因于Pt中自旋轨道纠缠态介导的Pt/CuOx界面的逆轨道Rashba-Edelstein效应。我们的工作为理解非平衡态下的自旋轨道纠缠物理铺平了道路，并为轨道电子器件应用中的轨道电流的电检测提供了一种方法。
2022-09-30 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
All-Optical Vector Measurement of Spin-Orbit-Induced Torques Using Both Polar and Quadratic Magneto-Optic Kerr Effects
我们证明，磁光克尔效应与正常的光入射可以用来获得定量光学测量的两个组成部分的自旋轨道引起的扭矩（无论是反阻尼和有效场分量）在重金属/铁磁双层。这是通过分析二次克尔效应以及极性克尔效应来实现的。这两种效应可以通过适当地选择入射光的偏振来区分。我们使用这种全光学技术来确定由一系列Pt/坡莫合金样品产生的自旋-轨道扭矩，发现与自旋扭矩铁磁共振测量非常一致的值。
2015-09-03 cond-mat.mes-hall
Self-induced spin-orbit torques in metallic ferromagnets
本文提出了自旋弛豫边界金属铁磁体中自旋轨道力矩的唯象理论。该模型是植根于耦合扩散的电荷和自旋在大块的铁磁体，在那里我们占异常霍尔效应以及各向异性磁阻在相应的本构关系的电荷和自旋部门。扩散方程的补充与适当的边界条件，反映环境的自旋下沉能力。在反型非对称异质结构中，未补偿的自旋积累对序参量施加耗散力矩，导致铁磁共振中的电流依赖性线宽具有特征角度依赖性。我们将我们的模型与最近的自旋扭矩铁磁共振测量进行比较，说明即使在简单的磁性结构中也可以产生丰富的自感自旋扭矩现象。
2021-06-04 cond-mat.mes-hall
Asymmetry in effective fields of spin-orbit torques in Pt/Co/Pt stacks
通过自旋-轨道耦合（SOC）机制的开关的测量进行了讨论的一对倒置的Pt/Co/Pt堆叠与不对称的Pt厚度。考虑到平面霍尔效应的贡献，自旋轨道力矩（SOT）的有效字段进行评估使用锁定测量的霍尔电压的第一和第二谐波。反转的堆栈结构导致显着的不对称性的开关行为，包括明确的证据的非线性电流依赖的横向有效场。我们的研究结果表明，潜在的复杂的相互作用，在设备与全金属界面利用SOT。
2013-10-10 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque in 3D topological insulator-ferromagnet heterostructure: crossover between bulk and surface transport
利用线性响应理论研究了由铁磁体沉积在三维拓扑绝缘体上构成的异质结构中电流驱动的自旋轨道矩。我们开发了一个紧束缚模型的异质结构，采用最小的界面杂交方案，促进诱导磁交换的拓扑表面状态，以及诱导Rashba样的自旋轨道耦合的铁磁体。因此，我们的模型考虑了自旋霍尔效应从体状态连同反向自旋电流和磁电效应在界面上平等的立足点。通过改变整个能带结构的输运能，我们发现了一个从表面为主的体为主的运输制度的交叉。我们表明，自旋密度分布和自旋轨道力矩的性质在这两个制度有很大不同。我们的研究结果，这与实验观察比较有利，表明最近报道的大阻尼扭矩更可能归因于界面磁电效应，而自旋霍尔扭矩仍然很小，即使在体占主导地位的制度。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque generated by amorphous Fe$_{x}$Si$_{1-x}$
虽然大量的工作已经进入自旋-轨道扭矩和自旋电流产生，电荷-自旋转换效率仍然很弱，在硅到目前为止，一般源于低自旋-轨道耦合（低原子序数，Z）和缺乏体晶格反转对称性破缺。在这里，我们报告的非晶，非铁磁Fe $_{x}$ Si $_{1-x}$ /钴双层在室温下，使用自旋扭矩铁磁共振和谐波霍尔测量的自旋轨道扭矩的观察。这两种技术都提供了约3%的最小自旋扭矩效率，与原型重金属如Pt或Ta相当。根据自旋霍尔效应的传统理论，不期望非晶材料中的自旋电流具有来自电子能带结构的任何实质贡献。这与Fe $_{x}$ Si $_{1-x}$不含任何高Z元素的事实相结合，为理解自旋轨道相互作用的基础物理学铺平了新的途径，并开辟了一类新的材料系统-硅化物-它与集成自旋电子学应用的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺直接兼容。
2020-06-14 cond-mat.mes-hall
Electric control of Dirac quasiparticles by spin-orbit torque in an antiferromagnet
自旋轨道电子学和狄拉克准粒子是凝聚态物理的两个独立领域，大约在十年前开始发展。在这里，我们预测，狄拉克准粒子可以控制的自旋-轨道力矩重定向的Néel矢量在反铁磁体。以CuMnAs为例，我们制定了对称性标准，允许共存的狄拉克准粒子和Néel自旋轨道力矩。我们确定的非对称晶体对称性保护狄拉克带交叉的开关是由Néel矢量重定向介导的。通过极小模型和密度泛函计算，我们预测这一概念可以导致由Néel矢量驱动的拓扑金属-绝缘体相变，并产生相应的拓扑各向异性磁电阻.
2016-10-25 cond-mat.mes-hall
Negative spin-Hall angle and anisotropic spin-orbit torques in epitaxial IrMn
自旋力矩铁磁共振研究进行了外延$\mathrm{Fe / Ir_{15}Mn_{85}}$双层与不同的Fe厚度。我们测量到一个负的自旋霍尔角的百分之几的反铁磁IrMn在以前报道的正值相反。一个大的自旋轨道场与拉什巴对称反对奥斯特场也存在。测量的自旋轨道扭矩的大小取决于晶体学方向的电流和相关的交换偏置方向设置在生长过程中。我们建议，在Fe / IrMn界面的未补偿的时刻是负责所观察到的各向异性。我们的发现强调了晶体和磁性结构对反铁磁体中自旋霍尔效应的重要性。
2018-01-03 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
Spin Orbit Torque in two dimensional Antiferromagnetic Topological Insulators
研究了二维铁磁（FTI）和反铁磁（AFTI）拓扑绝缘体中的自旋输运。在存在面内磁化的情况下，AFTI支持零能量模式，这使得能够在低能量下进行拓扑保护的边缘传导。我们解决了这些结构中的电流驱动的自旋扭矩的性质，并研究自旋无关的障碍的影响。有趣的是，在强无序的自旋扭矩发展的反阻尼组件（即{ \em甚至}磁化反转后）沿边缘，这可能使电流驱动的操纵反铁磁序参量。当系统尺寸增加时，以及当系统进入平凡绝缘体状态时，该抗阻尼力矩减小。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall
Terahertz spin dynamics driven by an optical spin-orbit torque
自旋力矩是自旋电子器件中自旋操纵的核心。在这里，我们研究的存在下的光学自旋-轨道力矩，相对论自旋力矩起源于一个振荡的应用领域与自旋的自旋-轨道耦合。我们比较了圆偏振激光脉冲激发的铁磁系统的非相对论塞曼力矩与相对论光学自旋轨道力矩的影响。后者的扭矩取决于光的螺旋度，并与强度成比例，而与频率成反比。我们的结果表明，光学自旋轨道力矩可以提供一个扭矩的自旋，这是定量等效的塞曼扭矩。此外，温度相关的计算表明，光学自旋轨道力矩的影响随温度的升高而降低。然而，在铁磁系统中，即使在居里温度以上，这种效应也不会消失。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Spin-torque efficiency enhanced by Rashba spin splitting in three dimensions
我们研究了在玻尔兹曼输运理论的三维Rashba自旋轨道耦合引起的自旋力矩。我们解析计算的自旋力矩，并显示其行为是如何与自旋拓扑结构的费米面通过研究费米能量依赖的自旋力矩。此外，我们讨论了自旋力矩效率，这是自旋力矩除以所施加的电流与电流感生磁化反转。结果表明，当费米能级仅位于低能带时，自旋力矩效率最高，且存在一个最佳的Rashba参数，此时自旋力矩效率最大.
2012-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Current-induced torque originating from orbital current
通过电流感应自旋力矩的磁化的电操纵已经提供了实现过多的超低功率和快速自旋电子器件的途径，例如非易失性磁存储器、自旋力矩纳米振荡器和神经形态计算器件。最近的进展导致的概念，相对论自旋轨道耦合是一个有效的来源，电流感应扭矩，打开自旋轨道电子学领域。尽管取得了重大进展，但是，磁化操纵的基本机制，在产生电流感应扭矩的自旋电流的要求，一直保持不变。在这里，我们展示了不使用自旋电流的电流引起的扭矩的产生。通过测量自然氧化的铜/铁磁金属双层膜的电流感应扭矩，我们观察到一个非常高的有效自旋霍尔电导率在低温下，尽管没有强的自旋轨道耦合。此外，我们发现，扭矩的方向取决于铁磁层的选择，这与传统的电流感应扭矩的理解相反。这些非常规的功能是最好的解释，在一个轨道对应的自旋扭矩，轨道扭矩，这是由轨道Rashba效应和轨道电流。这些发现将揭示电流诱导磁化操纵的基本物理学，可能改变自旋轨道电子学的前景。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
