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
Tunable mechanical properties of the graphene/MoS2 tubal van der Waals heterostructure
我们提出了一种管状的范德华异质结构，通过卷起的石墨烯和二硫化钼原子层成管状的形式。我们说明，层间空间的管状范德华异质结构可以在一个特定的范围内变化，这是由层间范德华力和原子层的机械性能之间的竞争。可以利用层间空间的可变性来有效地调节管状范德华异质结构的机械性能。更具体地说，我们证明了管范德华异质结构的泊松比可以通过改变层间距从1.44到4.44的两个因素来操纵。我们的工作促进了一个新的成员与可调泊松比的范德华异质结构家庭。
2018-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Tunable Band Gaps in Bilayer Graphene-BN Heterostructures"
我们采用紧束缚和密度泛函方法研究了h-BN/graphene/h-BN ABC叠层体系的电子性质。我们评论Ramasubramaniam等人（arxiv：1011.2489）的最近工作，他们的结果似乎与我们最近的计算不一致。详细的分析证实了我们以前的结论。
2010-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Giant spin-orbit torque efficiency in all-epitaxial heterostructures
磁性异质结构中大的抗阻尼自旋轨道矩（SOT）效率是实现基于自旋矩的磁存储器和逻辑器件能量有效的先决条件。效率可以根据当电流通过非磁性层时由反阻尼转矩产生的自旋轨道场来表征。我们报告了一个巨大的自旋轨道场48.96（27.50）mT的β-W界面Co 60 Fe 40（Ni 81 Fe 19）/TiN外延结构在1 MAcm-2的电流密度下，由于反阻尼类扭矩，这导致磁化自振荡电流密度低至1.68（3.27）MAcm-2。自旋-轨道场值随β-W层厚度的减小而增大，证实了外延表面态是产生超大效率的原因。在大型20 × 100 μ m 2结构中，SOT诱导的能量有效的面内磁化切换已经通过克尔显微镜得到了证明，并且该发现得到了来自微磁模拟的结果的支持。在所研究的全外延异质结构中观察到的巨SOT效率与拓扑绝缘体的报道值相当。这些结果证实，通过利用外延材料组合，使用半导体工业兼容的5d重金属可以实现非常大的SOT效率，这为实现节能自旋逻辑器件提供了直接的解决方案。
2021-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Crystalline-dependent magnon torques in all-sputtered Hf/Cr2O3/ferromagnet heterostructures
Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）
研究通过全溅射Hf/Cr₂O₃/铁磁体异质结构，发现Cr₂O₃晶格结构对磁子扭矩有显著影响，实现了高效垂直磁化翻转。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Powerful and Tunable THz Emitters Based on the Fe/Pt Magnetic Heterostructure
在这项工作中，我们报告了我们的研究在Fe/Pt磁性异质结构的太赫兹辐射。我们已经进行了全面的调查太赫兹发射Fe/Pt磁性异质结构，采用时域太赫兹光谱。我们发现，通过适当调整的Fe或Pt层的厚度，可以大大提高这种类型的异质结构的太赫兹发射。我们进一步证明了新设计的多层（Pt/Fe/MgO）$_n$（n=3）发射的THz场强可以达到~1.6 kV/cm，这与偏压为4 kV/cm的传统GaAs天线的值相当，100微米GaP和2 mm ZnTe。首次证明了太赫兹波的强度和光谱可以通过施加在图案化Fe/Pt磁性异质结构上的磁场来调节。因此，这些研究结果有望新的方法来制造强大的和可调谐的太赫兹发射器的磁性异质结构的基础上。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of spin orbit torque driven dynamics in ferromagnetic heterostructures
我们使用时间分辨（TR）测量的基础上的极性磁光克尔效应（MOKE）的自旋轨道力矩激发的磁化动力学研究在Py（坡莫合金）/Pt和Ta/CoFeB双层膜。分析表明，类场（FL）自旋轨道力矩（SOT）决定了磁化旋进的第一个振荡周期的振幅，类阻尼（DL）力矩决定了最终的稳态磁化强度.在我们的双层样品中，我们提取了有效字段，hFL和hDL，从时间分辨的磁化振荡谱的两个SOT。提取的值是在良好的协议与时间积分DCMOKE测量中提取的，这表明SOTs不改变在高频率。我们还发现，第一个振荡的振幅比的稳定状态是线性比例的比率hFL/hDL。第一振荡幅度与沿电流方向施加的外部场成反比，而稳态值与沿电流方向施加的外部场无关。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin Seebeck imaging of spin-torque switching in antiferromagnetic Pt/NiO heterostructures
由于奈耳序的电控制打开了可靠的反铁磁自旋电子器件的大门，理解反铁磁开关的微观机制至关重要。空间分辨的研究是必要的，以区分多个不均匀的开关机制，然而，进展一直受到缺乏桌面技术成像的内尔秩序。我们证明了自旋塞贝克显微镜作为一个敏感的，桌面上的反铁磁顺序薄膜成像方法，并应用这种技术来研究NiO/Pt和Pt/NiO/Pt异质结构的自旋扭矩开关。我们建立了NiO中的界面反铁磁自旋Seebeck效应作为表面Néel顺序的探针，解决了晶体孪晶畴内的反铁磁自旋畴。通过在施加电流诱导的自旋力矩之前和之后成像，我们解决了自旋畴旋转和畴壁运动，同时起作用。我们将自旋Seebeck图像的变化与通过自旋霍尔磁阻的平均Néel取向的电测量相关联，证实了我们的反铁磁顺序图像。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Spin-Orbit Torques in Cu-Ta Binary Alloy Heterostructures
发现自旋霍尔效应（SHE）在重过渡金属（HM）（诸如Ta和W）中在它们的非晶和/或高电阻率形式下是强的。在这项工作中，我们表明，通过采用Cu-Ta二元合金作为缓冲层的非晶Cu $_{100-x}$ Ta $_{x}$基磁性异质结构的垂直磁各向异性（PMA），SHE诱导的阻尼类自旋-轨道扭矩（DL-SOT）效率$|ξ_{DL}|$可以通过调节缓冲层的电阻率线性调谐。电流感应SOT开关也可以实现在这些Cu $_{100-x}$ Ta $_{x}$为基础的磁性异质结构，我们发现更好地解释了SOT辅助畴壁传播图片的开关行为。通过对不同组成的Cu $_{100-x}$ Ta $_{x}$基样品的系统研究，确定了富Ta区自旋霍尔电导率$|σ_{SH}|\approx2.02\times10^{4}[\hbar/2e]Ω^{-1}\cdot\operatorname{m}^{-1}$的下限。基于电阻率调谐的思想，我们进一步证明，$|ξ_{DL}|$可以提高从0.087纯钽到0.152，通过采用电阻TaN缓冲层。
2017-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque in Cr/CoFeAl/MgO and Ru/CoFeAl/MgO epitaxial magnetic heterostructures
利用绝热谐波霍尔测量方法研究了Cr/CoFeAl/MgO和Ru/CoFeAl/MgO磁性异质结构中的自旋轨道矩（SOT）有效场.在Cr和Ru层上生长了高质量的磁各向异性CoFeAl层。SOT有效场的大小被发现显着依赖于底层材料（铬或钌）以及它们的厚度。对于所有异质结，类阻尼纵向有效场（Δ HL）都随衬底厚度的增加而增加。相反，类场横向有效场（ΔH_T）随Ru厚度的增加而增加，而随Cr厚度的增加几乎不变或略有减小。在Cr衬底器件中观察到的ΔH_L的符号与Ru衬底器件中的相反，而ΔH_T的符号与Ru衬底器件中的相同，但幅度较小。ΔHL的方向相反表明Cr和Ru的自旋霍尔角符号相反，这与理论预测相一致。这些结果表明，即使对于具有小自旋轨道耦合的元素，如3d Cr和4d Ru，SOT也有相当大的贡献。
2016-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall torque driven chiral domain walls in magnetic heterostructures
描述了自旋霍尔力矩驱动下双磁性异质结构中磁畴壁的运动。我们展示了垂直磁化CoFeB的结果|具有各种重金属底层的MgO异质结构。畴壁根据底层材料的不同沿电流流动方向或逆电流流动方向移动。畴壁移动的方向与在这些异质结构中形成的畴壁螺旋的手性相关联。一维模型被用来描述的实验结果和提取参数，如Dzyaloshinskiii-Moriya交换常数，这是负责的畴壁螺旋的形成。本文描述了在磁性异质结构中界面控制所引起的快速效应。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2017-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque magnetization switching in MoTe2/permalloy heterostructures
通过自旋-轨道感应转矩来切换磁性元件的能力最近吸引了很多关注，以实现具有低功耗的高性能非易失性存储器。实现有效的基于自旋-轨道的切换需要利用新材料和新物理来获得高的电荷-自旋转换效率，因此使得自旋源的选择至关重要。在这里，我们报告的观察自旋-轨道转矩开关的双层组成的半金属膜的1 T '-MoTe 2相邻坡莫合金。确定性开关实现没有外部磁场在室温下，和开关发生的电流的一个数量级小于那些典型的设备使用性能最好的重金属。如果除了体自旋霍尔效应之外还考虑界面自旋-轨道贡献，则可以理解厚度依赖性。进一步减少三倍的开关电流证明与诉诸哑铃形的磁性元件。这些发现预示了MoTe 2在低功率半金属材料自旋器件中的应用前景。
2020-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable magnetic damping in van der Waals Heterostructures
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）
本研究通过理论模型和第一性原理计算，证明范德华异质结构中的磁阻尼可通过静电栅极实现多个数量级的电调谐，为低功耗自旋电子器件提供了新平台。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque-induced switching of perpendicular magnetization at room temperature in WTe2/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道矩（SOT）是实现电荷-自旋转换的有效方法，它可以改变垂直磁化强度，这对于设计新型高能效自旋电子器件至关重要。面外SOT可以直接切换垂直磁化。令人鼓舞的是，最近报道了二维（2D）材料WTe 2/铁磁体（FM）双层的无场垂直磁化翻转，但工作温度（200 K）低于室温。在这里，我们报告的无场垂直磁化翻转在室温下进行的WTe 2/Pt/Co/Pt多层膜。受控实验证实了无场开关是由Pt/Co/Pt多层膜中产生的面内反阻尼SOT和a轴WTe 2薄膜中产生的面外反阻尼SOT引起的。这项工作为在室温下使用二维材料制成的自旋电子器件提供了一种潜在的方法。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative characterization of spin-orbit torques in Pt/Co/Pt /Co/Ta/BTO heterostructure on the magnetization azimuthal angle dependence
深入理解重金属/铁磁体异质结构中的自旋-轨道相互作用对于利用自旋霍尔和Rashba效应开发自旋-轨道矩自旋电子学器件至关重要。虽然SOT有效场对面外磁化角依赖性的研究已经比较广泛，但对面内磁化角依赖性的理解仍然未知。在这里，我们解析地提出了一种方法来计算SOT的有效字段作为在垂直磁各向异性（PMA）结构中使用谐波霍尔技术的面内磁化角的函数。利用推导的公式研究了两种不同的PMA样品，Pt/Co/Pt/Co/Ta/BaTiO_3（BTO）测试样品和Pt/Co/Pt/Co/Ta参考样品。我们的测量结果表明，只有测试样品与BTO帽层的阻尼场表现出面内磁化角的依赖性，而没有角度的依赖性被发现在参考样品。BTO层的存在下，在测试样品中，这引起了在界面处的Rashba效应，归因于作为阻尼场的角度依赖性的源。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Phase Inversion via Field-Free Spin-Orbit Torque Switching in an Antenna-Integrated Spintronic Heterostructure
研究利用天线集成自旋电子异质结构，通过无场自旋轨道扭矩切换实现太赫兹发射相位的微秒级电控制，克服传统方法局限，扩展调制带宽，建立电可编程发射器，为相关应用提供紧凑可扩展平台。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torque Engineering in β-W/CoFeB Heterostructures via Ta and V Alloying at Interfaces
自旋轨道矩是自旋电子器件中一种很有前途的磁化翻转机制，它表现为在非磁性金属和铁磁界面上累积的自旋极化矩。为了在实践中充分利用这一点，具有高自旋霍尔角的材料，即，电荷-自旋转换效率是必不可少的。迄今为止，很少有方法设计新的非晶态金属合金。此外，新材料需要与半导体加工兼容。在这里，我们介绍了W-Ta和W-V合金，并将它们部署在$β$ -W/CoFeB层之间的界面处。首先，通过第一性原理能带计算，计算了不同组分的W-Ta和W-V结构的自旋霍尔电导率，预测了W-V合金的自旋霍尔电导率从W的$-0.82 \times 10^3$ S/cm提高到$-1.98 \times 10^3$ S/cm。随后，异质结构的制造和自旋-轨道力矩特性的实验表征。通过使$β$ -W与浓度为20原子%的V合金化，我们观察到自旋霍尔电导率的绝对值的大的增强，高达$-(2.77 \pm 0.31) \times 10^3$ S/cm。通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜的分析，进一步解释了自旋-轨道力矩效率的提高是由于W和CoFeB之间的W-V合金。
2021-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Large-Area Intercalated 2D-Pb/Graphene Heterostructure as a Platform for Generating Spin-Orbit Torque
本研究通过受限异质外延法合成空气稳定的单层Pb插层石墨烯异质结，表征其超结构特征，并验证该体系电荷-自旋转换有效场较对照提升1.5倍，为自旋电子学器件提供新平台。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Oxide layer dependent orbital torque efficiency in ferromagnet/Cu/Oxide heterostructures
本研究针对轨道转矩效率的决定机制问题，系统探究不同氧化物下Cu/氧化物界面轨道Rashba-Edelstein效应主导的轨道转矩变化，发现其变化幅度约2倍，且Cu与氧的电子跃迁是关键因素，为界面手性轨道Rashba织构的材料设计提供依据。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Current driven asymmetric magnetization switching in perpendicularly magnetized CoFeB/MgO heterostructures
由于体效应和界面效应，面内电流通过双磁性异质结构可以引起磁化翻转或畴壁成核。在磁性层内，电流可以通过自旋转移力矩（STT）产生磁不稳定性。在界面处，由相邻层中的自旋霍尔效应产生的自旋电流可以对磁矩施加转矩，称为自旋霍尔转矩。在这里，我们研究了电流感应磁化翻转垂直磁化CoFeB/MgO异质结构与重金属（HM）底层。根据HM底层的厚度，我们发现在阈值开关电流的面内场依赖性的明显差异。STT很可能是负责较薄的底层膜的磁化反转，而自旋霍尔转矩导致较厚的底层膜的切换。对于后者，我们发现在开关电流的正，负电流和初始磁化方向的差异。我们发现，在薄膜沉积过程中的生长过程中引入了一个各向异性，打破了系统的对称性，并导致非对称开关。这种对称性破坏各向异性的存在使得能够在零外部场下实现确定性磁化切换。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Misfit Layered Compounds: Unique, Tunable Heterostructured Materials with Untapped Properties
在石墨烯和二维（2D）过渡金属二硫属化物的发现的基础上，范德华（VdW）层状异质结构-这种2D材料的堆叠-正在被广泛探索，从而在2D极限中发现了新的电子和磁性。在这里，我们回顾了一类自然发生的异质结构-所谓的失配-结合不同的VdW层与复杂的堆叠。表现出显着的结构复杂性和现象的多样性，失配提供了一个平台，在其上系统地探索异质结构的能量学和局部键合约束，以及它们如何用于设计新的量子结构，电子响应性和磁现象。与传统类型的层状材料一样，它们通常是可剥离的，因此也可作为手动或机器人堆叠异质结构中的单元进行剥离。在这里，我们回顾了已知的类失配结构，其单晶和薄膜合成的工具，它们所表现出的物理性质，以及计算和表征工具，解开他们的复杂性。最后对今后的研究方向进行了讨论。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Giant Damping-like Spin-Torque Conductivity in a GeTe/Py van der Waals Heterostructure
Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
GeTe/Py范德瓦尔斯异质结中实现了高导电性的自旋扭矩，通过协同作用的自旋霍尔效应、轨道霍尔效应和轨道拉比效应，展示了高效电控磁化的潜力。
2026-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Band Gaps of Mono-layer Hexagonal BNC Heterostructures
通过在石墨烯中用B和N原子取代C的带隙工程已被证明是改善石墨烯半导体性质的有前途的方法。最近已经合成并表征了由石墨烯中的六方BN相（h-BNC）组成的这种杂化单层。本文采用从头算密度泛函理论研究了h-BN畴尺寸对单层h-BNC异质结构带隙的影响。在h-BN浓度为0 ~ 100%的范围内，研究了五种h-BNC构型的原子结构、电子能带结构、态密度和电子局域化函数。我们报告的带隙能量的h-BNC可以连续和二次调谐作为h-BN浓度的函数。
2012-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques and magnetotransport properties of $α$-Sn and $β$-Sn heterostructures
拓扑绝缘体已经成为有效自旋-电荷相互转换的重要材料类别。迄今为止，除了$α$ -Sn之外，大多数拓扑绝缘体都是二元或三元化合物。在这里，我们报告了一个全面的表征的生长，磁输运性质，和电流诱导的自旋轨道扭矩的$α$ -Sn和$β$ -Sn为基础的铁磁异质结构。我们发现，$α$ -Sn生长的Bi表面活性剂在CdTe（001）促进大的自旋轨道转矩在铁磁FeCo层在室温下，与Pt相当，而$α$ -Sn生长没有Bi表面活性剂和非拓扑相，$β$ -Sn，诱导较低的扭矩。含Bi的$α$ -Sn的类阻尼和类场自旋轨道力矩效率分别为0.12和0.18。此外，我们发现，$α$ -Sn生长与Bi和没有提出了自旋霍尔类磁阻在重金属/铁磁体双层中发现的。我们的工作证明了$α$ -Sn铁磁异质结构中直接和有效的电荷-自旋转换，表明$α$ -Sn是一种有前途的材料，用于自旋电子器件中的电流诱导磁化控制。
2021-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the dynamics of magnetization in topological insulator-ferromagnet heterostructures via spin-orbit torque
该研究通过分析拓扑绝缘体-铁磁体异质结构中的磁化动力学，揭示自旋各向异性与自旋轨道转矩对自旋翻转的调控作用，并建立涵盖不同能量、阻尼和频率的动力学相图。
2024-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field tunable spin waves in PMN-PT/NiFe heterostructure: experiment and micromagnetic simulations
本文对PMN-PT/NiFe多铁性异质结构中的压控自旋驻波共振进行了全面的理论和实验研究。利用自旋二极管技术观察了NiFe条与压电衬底机械耦合的铁磁共振（FMR）模式和SSWR。向PMNPT施加电场在坡莫合金中产生应变，并且因此由于磁致伸缩效应而使FMR和SSWR场移位。实验结果与微磁模拟结果进行了比较，发现它们之间的一个很好的协议的FMR和SSWR的动力学与无电场。此外，微磁模拟使我们能够讨论的FMR和SSWR模式，这是不能直接观察到的自旋二极管检测技术的手段的振幅和相位的空间分布。
2016-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature antiferromagnetic CrSe monolayer with tunable metal-insulator transition in ferroelectric heterostructures
本研究通过进化算法与第一性原理计算发现室温稳定的二维反铁磁CrSe单层，并预测其与铁电Sc₂CO₂构成的范德华异质结存在电场可调的金属-绝缘体转变，为反铁磁自旋电子学器件提供新候选材料。
2023-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torque and Nernst Effect in Bi-Sb/Co Heterostructures
本文介绍了Bi-Sb/Co双层膜纵向和横向电压的谐波测量。由于普通的能斯特效应，观察到一个大的二次谐波电压信号。在磁场沿薄膜平面旋转的实验中，普通能斯特效应在横向电压和纵向电压中分别表现出与阻尼类自旋轨道矩和单向自旋霍尔磁阻相同的角度依赖性。因此，普通的能斯特效应在自旋轨道力矩测量中可能是一个虚假信号，导致拓扑绝缘体或半金属中自旋霍尔角的高估。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The current-induced spin-orbit torque and field-free switching from Mo-based magnetic heterostructures
Mo/CoFeB/MgO磁性异质结构具有很强的垂直磁各向异性和热稳定性。通过电流感生磁滞回线位移的测量，我们发现Mo/CoFeB/MgO异质结构的类阻尼自旋轨道矩（SOT）效率为$ξ_{DL}\approx -0.003\pm 0.001$，并且在300 $^\circ$ ~ 400 $^\circ$ C范围内与退火温度无关。虽然$|ξ_{DL}|$与Ta或W基异质结构相比很小，但仍然可以实现热稳定的Mo/CoFeB/MgO异质结构的可逆电流诱导SOT开关。此外，我们观察到无场电流诱导开关从Mo/CoFeB/MgO结构与Mo层被楔形沉积。我们的研究结果表明，即使是一个弱的自旋轨道相互作用的4d过渡金属，如钼，它仍然有可能产生足够的自旋电流为传统的SOT开关和实现无场电流感应开关的结构工程。
2018-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable interlayer magnetism and band topology in van der Waals heterostructures of MnBi2Te4-family materials
控制范德华磁性材料和异质结构的层间磁耦合是调整其磁性和电子性质以用于各种电子应用和凝聚态物理基础研究的关键。以MnBi_2Te_4族化合物及其异质结构为模型体系，采用第一性原理计算，系统地研究了层间磁耦合的符号和强度对组成元素的依赖关系.结果表明，这种耦合是由相邻七层磁性原子之间的p轨道链介导的长程超交换相互作用。层间交换在纯化合物中总是反铁磁性的，但在某些异质结构的组合中可以被调谐为铁磁性的，由d轨道占据决定。如果中间p电子离域，磁性原子的d带位于费米能级附近，则可以实现较强的层间磁耦合。对层间耦合机制的了解使我们能够设计MnBi2Te4系列材料以及许多其他绝缘范德华磁性材料和异质结构的磁性和拓扑性质。
2020-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Lack of simple correlation between switching current density and spin-orbit torque efficiency of perpendicularly magnetized spin-current generator/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道转矩可以驱动磁性层的电切换。在这里，我们报告说，至少对于微米尺寸的样品，阻尼类自旋轨道扭矩（dampinglike spin-orbit torque）（damping-DL ^j）的效率和垂直磁化的自旋电流发生器/铁磁体异质结构的临界开关电流密度之间没有简单的相关性。我们发现，在畴壁脱钉分析中，基于开关电流密度的ε_DL ^j的值可以被低估或高估ε_DL^j达数十倍，而在基于开关电流密度的宏自旋分析中，ε_DL^j可以被高估达数千倍。当比较自旋电流发生器的相对强度时，临界开关电流密度本身是一个很差的预测因素。
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Tunable band gaps in bilayer graphene-BN heterostructures
研究了外加电场对六方氮化硼片层间双层石墨烯带隙的影响。利用密度泛函理论，我们表明，间隙是连续可调的从0到0.2 eV，是强大的堆叠无序。此外，氮化硼片不改变自支撑双层石墨烯的基本响应，除了额外的屏蔽。计算表明，石墨烯-氮化硼异质结构可以为石墨烯基电子器件提供可行的途径。
2010-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scalable van der Waals epitaxy of tunable moiré heterostructures
在扭曲或晶格失配的原子层的莫尔超晶格中发现的独特物理学为未来的量子技术带来了巨大的希望。然而，扭曲的配置通常在物理上是不利的，使得直接生长中的精确扭曲角控制是不可能的。虽然可以合成基于晶格失配层（如WSe 2/WS 2）的旋转对准的莫尔超晶格，但它们缺乏莫尔周期的临界可调谐性，并且莫尔形成机制尚未得到很好的理解。在这里，我们报告了可扩展的，可调周期从10到45纳米的稳定莫尔条纹的驱动的范德华外延，基于晶格失配工程在两个WSSe层可调硫族元素的比例。与传统的外延，其中晶格失配引起的应力阻碍高质量的生长，我们揭示了体应力在莫尔条纹形成的关键作用，以及其独特的相互作用与边缘应力在塑造莫尔条纹生长模式。此外，合成的超晶格显示可调的层间激子和叠纹层内激子。我们的研究揭示了莫尔合成的独特外延科学，并为基于莫尔的技术奠定了基础。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Tunable inverse topological heterostructure utilizing $(Bi_{1-x}In_{x})_{2}Se_{3}$
在典型的拓扑绝缘体（TI）系统中，TI与非TI绝缘体邻接，并且周围的常规绝缘体（包括真空）通常不被视为TI系统的一部分。在这里，我们实现了第一个材料系统，其中角色颠倒，TSS围绕非TI（而不是TI）层形成。这是通过使用原子精确分子束外延技术在两层TI $Bi_2Se_3$之间生长一层可调非TI $(Bi_{1-x}In_{x})_{2}Se_{3}$来实现的。在这个可调逆拓扑平台上，我们系统地改变厚度和组成的$(Bi_{1-x}In_{x})_{2}Se_{3}$层，并表明，这调谐的TI层之间的耦合从强耦合金属弱耦合，并最终到一个完全解耦的绝缘制度。该系统可用于探测TI材料中耦合的基本性质，并为TI器件提供可调绝缘层。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable exchange bias effect in FePS3-Fe5GeTe2 van der Waals heterostructures
电子门控交换偏置（EB）效应是自旋电子学应用的一个长期目标。同时，范德华（vdW）磁性异质结构的出现为研究层间磁耦合提供了理想的平台。然而，到目前为止，电栅控EB效应尚未在vdW异质结构中实现。在这里，第一次，我们实现了电可控EB效应的VDW反铁磁（AFM）-铁磁（FM）异质结构，FePS 3-Fe 5GeTe 2。对于原始的FePS 3-Fe 5GeTe 2异质结构，由于强的界面耦合，可以产生相当大的EB效应，这也取决于铁磁层的厚度。通过应用固体质子门，EB效应可以通过质子嵌入和脱嵌而在很大程度上进行电调谐。在Vg= -3.15 V时，EB场可达矫顽场的23%，阻断温度超过50 K。质子嵌入不仅调节了平均磁交换耦合，而且改变了AFM的结构，使非补偿AFM-FM界面和补偿AFM-FM界面之间的异质界面发生了转变。这些改变导致总界面交换耦合和由此产生的EB效应的显著调制。该研究是未来低能电子学中基于vdW异质结构的磁逻辑的重要一步。
2022-03-21 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
Giant Rashba Splitting and Enhanced Nonlinear Berry-Phase Responses in Sliding-Tunable vdW MXene Heterostructures
Lund University（隆德大学）；LINXS Institute of advanced Neutron and X-ray Science（LINXS先进中子与X射线科学研究所）
研究通过滑动可调的二维MXene异质结构探索强自旋轨道耦合和临近效应工程，发现巨Rashba分裂和增强的非线性Berry相响应，揭示了机械调控对交换-自旋轨道耦合相互作用和能隙的连续调控作用。
2026-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Ohmic contact in graphene/HfS$_2$ van der Waals heterostructure
利用密度泛函理论计算并加入范德华修正，构建了石墨烯/HfS $_2$异质结，并对其电子性质进行了深入研究.该界面被确定为$n$型欧姆接触，并且使用肖特基势垒高度和电子注入效率示出了不同量的层间距离和应变对接触的影响。在这两种情况下，界面的偶极矩和功函数也会发生变化。欧姆到肖特基接触之间的过渡也被描绘为可能通过施加垂直电场，证明这是另一种有用的方法，用于调整该结构的不同属性。本文的结论对今后二维HfS $_2$基器件的发展具有重要的指导意义。
2020-11-08 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
Tunable spin and orbital polarization in SrTiO3-based heterostructures
本文推导了$\mathrm{LaAlO_3/SrTiO_3}$（LAO/STO）异质结中Rashba自旋轨道耦合（RSOC）的有效哈密顿量。我们推导出性质的解析表达式，例如，Rashba参数，有效质量，带边能量和轨道占有率，作为材料和可调异质结构参数的函数。虽然线性RSOC在$Γ$点附近占主导地位，但立方RSOC在较高能量的反交叉区域变得显著。我们发现，线性RSOC源于结构反转不对称（SIA），而立方项是由SIA和体积不对称引起的。此外，SOC的强度显示出一个惊人的依赖于可调异质结构参数，如STO的厚度和界面电场，这归因于附近的LAO/STO界面的量子限制效应。线性和立方RSOC的计算值与以前的实验结果一致。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microstructured tunable two dimensional potential modulation in organic heterostructure field effect transistors
本文利用六噻吩（T6）/N，N-双（正辛基）-二氰基苝酰亚胺（PDI-8 CN 2）异质结场效应晶体管中由于界面处的特殊微结构引起的电势的二维调制来解释六噻吩（T6）/ N，N-双（正辛基）-二氰基苝酰亚胺（PDI-8 CN 2）异质结场效应晶体管中所经历的负极化效应（NTC）。NTC效应已经在隧道器件中得到应用，如隧道二极管、共振隧穿场效应晶体管（RT-FET）、共振隧穿双势垒器件等。在栅极调制掺杂场效应晶体管中，相反，在电荷传输方向上的周期性势垒被用来解释负介电常数（NDR）。由于在T6 / PDI-8 CN2异质结场效应晶体管的NTC效应是无关的半导体层的顺序，因为调制的传输特性是深受半导体层的岛尺寸的影响，我们认为，NTC效应的起源驻留在实现一个特定的微观结构的异质结构中的电荷传输平面。
2014-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable interface electrostatics in Janus MoSSe/silk vdW heterostructure for triboelectric nanogeneration
KTH The Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability（瓦伦堡可持续材料科学倡议）
通过第一性原理计算研究Janus MoSSe/丝vdW异质结构在应变下的电子结构与摩擦电响应，发现界面极化增强可显著提升三电极纳米发电机性能。
2026-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Identifying the origin of the non-monotonic thickness dependence of spin-orbit torques and interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in a ferrimagnetic insulator heterostructure
通过自旋轨道力矩（SOTs）对磁性进行电操纵有望实现高效的自旋电子器件。在磁性绝缘体和重金属组成的系统中，SOT直到最近才开始研究，特别是在具有界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iiiT）的系统中。在这里，我们定量地研究了一系列的钆镓石榴石（GGG）/铥铁石榴石（TmIG）/铂（Pt）异质结的SOT效率和iT与不同的TmIG和Pt的厚度。我们发现，作为磁性层厚度的函数的非单调SOT效率是不一致的1/厚度依赖性预期从一个简单的界面SOT机制。此外，考虑到TmIG的绝缘性质，我们的结果不能解释的SOT机制建立的金属磁体的横向电荷自旋电流可以注入和退相的磁性层。相反，我们可以解释这种非单调行为的模型的基础上的界面自旋混合电导的厚度相关的交换分裂能量的影响，通过确定的相位差的反射自旋上和自旋下的电子在TmIG / Pt界面。通过研究Pt厚度对GGG / TmIG / Pt系统的影响，发现GGG / TmIG / Pt系统的有效载流子浓度与Pt厚度无关，表明GGG / TmIG界面是该系统的载流子浓度源。我们的工作表明，SOT和SOT可以来自两个不同的接口，这使得独立优化的SOT和SOT的先进手性自旋电子学与低阻尼磁绝缘体。
2020-12-17 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
Inductive detection of inverse spin-orbit torques in magnetic heterostructures
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨技术大学凯泽斯劳滕-兰道）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
研究通过诱导技术检测磁异质结构中的反向自旋轨道扭矩，利用自旋轨道扭矩驱动磁化动态，并通过矢量网络分析仪研究自旋动力学与反向自旋轨道扭矩过程中的电荷电流生成。
2024-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Anomalous Gate-tunable Capacitance in Van der Waals Heterostructures
该研究在石墨烯/hBN异质结中发现了反常栅极可调电容引起的滞回现象，通过对照实验证明其可能源于hBN材料，为理解其反常铁电性及设计忆容器等新型存储器件提供了新见解。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
