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
Spin-orbit torque generation in bilayers composed of CoFeB and epitaxial SrIrO$_{3}$ grown on an orthorhombic DyScO$_{3}$ substrate
本研究在正交DyScO₃衬底上制备外延SrIrO₃与CoFeB的双层膜，测得其类阻尼自旋轨道矩效率约为0.32，是同厚度铂对照样品的三倍，证明该材料有望用于低功耗自旋轨道矩器件。
2023-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the spin Hall angle, spin mixing conductance and spin diffusion length in Ir/CoFeB for spin-orbitronic devices
铱是一种非常有前途的自旋电子学应用材料，由于其有趣的磁性，如大的RKKY交换耦合以及其大的自旋轨道耦合值。Ir例如用作垂直合成反铁磁或亚铁磁系统的间隔层。然而，这种材料的自旋电子学参数的研究只有少数报道。本文采用反自旋霍尔效应-自旋泵浦铁磁共振方法测量了CoFeB/Ir双层膜的有效自旋霍尔角、铱内自旋扩散长度和自旋混合电导。为了获得可靠的结果，我们对CoFeB/Pt双层进行了相同的实验，由于大量报道的研究，该行为是众所周知的。我们的实验结果表明，在铱的自旋扩散长度为1.3 nm的电阻率为250 $Ω$ .m，自旋混合电导$g_{eff}^{\uparrow \downarrow}$的CoFeB/Ir界面是30 nm $^{-2}$，和铱的自旋霍尔角具有相同的符号比铂之一，并被评估为26%的铂之一。发现的自旋霍尔角的值是7.7%的Pt和2%的Ir。这些相关参数应是有用的，以考虑Ir在新的概念和设备相结合的自旋轨道扭矩和自旋转移扭矩。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-efficiency Pt$_{75}$Au$_{25}$-based spintronic terahertz emitters
University of California Irvine（加州大学尔湾分校）；Irvine Materials Research Institute, University of California Irvine（加州大学尔湾分校欧文材料研究所）
本研究提出基于Pt75Au25合金的自旋电子太赫兹发射器，其在双层和三重层结构中实现了比传统Pt基设备更高的太赫兹输出功率，且巨旋磁Hall效应显著提升了效率。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Ordering Enhanced Magnetic Damping in Mn2Au/CoFeB Bilayers
State Key Laboratory of Spintronics, Nanjing University（南京大学自旋电子学国家重点实验室）；Jiangsu Provincial Key Laboratory of Advanced Photonic and Electronic Materials, School of Electronic Science and Engineering, Nanjing University（南京大学电子科学与工程学院先进光电子与光子材料江苏省重点实验室）；School of Physics, Nanjing University（南京大学物理学院）；York-Nanjing Joint Center (YNJC) for Spintronics and Nano Engineering, Department of Electronics and Physics, The University of York（约克大学电子与物理系约克-南京自旋电子学与纳米工程联合中心）；State Key Laboratory for Spintronic Devices and Technologies, Hangzhou（杭州自旋电子器件与技术国家重点实验室）
研究通过铁磁共振探讨了反铁磁体Mn2Au/CoFeB双层的磁动力学，发现反铁磁序增强了CoFeB层的磁阻尼系数α，并揭示了反铁磁-铁磁交换耦合在其中的作用。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tailoring magnetic properties of CoFeB films via tungsten buffer and capping layers
本研究通过系统调控W缓冲层和覆盖层及退火温度，显著增强了CoFeB薄膜的单轴磁各向异性和矫顽力，为自旋电子器件提供了高热稳定性的调控策略。
2025-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Highly fcc-textured Pt-Al alloy films grown on MgO(001) showing enhanced spin Hall efficiency
本文对MgO（001）衬底上生长的面心立方（fcc）织构Pt-Al合金薄膜和SiO（$_2$）衬底上生长的结晶不良Pt-Al合金薄膜的自旋霍尔效率进行了系统的比较研究。使用CoFeB作为探测器，我们发现，对于以$x = 25$为中心的Al成分，主要是L1 $_{2}$有序的Pt $_{100-x}$ Al $_x$合金薄膜生长在MgO上表现出突出的电荷-自旋转换效率。对于Pt $_{78}$ Al $_{22}$ /CoFeB双层MgO上，我们获得阻尼一样的自旋霍尔效率高达$ξ_\textrm{DL} \sim +0.20$，并预计高达7倍的功耗降低相比，相同的Al成分的多晶双层SiO $_2$。这项工作表明，提高面心立方铂基合金的结晶度是在这类材料中实现大自旋霍尔效率和低功耗的关键步骤。
2021-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermographic measurements of spin-current-induced temperature modulation in metallic bilayers
自旋-热电流转换效应已在双层膜组成的顺磁金属（PM; Pt，W，或Ta）和铁磁金属（FM; CoFeB或坡莫合金）进行了研究。当向PM/FM双层膜施加充电电流时，由于PM中的自旋霍尔效应，在PM/FM界面上产生自旋电流。自旋电流被发现表现出冷却和加热功能取决于PM的自旋霍尔角的符号，其中自旋电流诱导的贡献估计通过减去FM单层膜中的异常Ettingshausen效应的贡献。我们还发现，自旋电流引起的温度调制的Pt/CoFeB膜的幅度大于，但相当于在Pt/坡莫合金膜，虽然自旋的依赖性的Peltier系数CoFeB预计将大于坡莫合金。我们讨论了观察到的行为的起源与模型计算的帮助下，PM/FM膜中的信号可能包含的贡献，不仅从电子驱动的自旋相关的珀尔帖效应，但也从磁振子驱动的自旋珀尔帖效应。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing of large interfacial contribution to spin orbit coupling in CoFeB/Ta heterostructure by ultrafast THz emission spectroscopy
超快THz辐射从铁磁/双金属双层异质结构为基础的自旋电子发射器的产生一般利用的转换，从自旋到电荷电流的双金属层内，其界面与铁磁层。对于这种结构的THz发射的逆自旋霍尔效应的潜在机制的各种可能的子贡献，需要被利用，不仅用于调查在材料性质本身的基本水平上的复杂性，而且用于改善它们的宽带和高功率THz发射的性能。在这里，我们报告超快太赫兹发射CoFeB/Ta双层在不同的样品温度在一个大的范围内解开的作用，内在和外在的自旋电荷转换过程。除了在太赫兹发射的增强，其温度依赖性显示太赫兹信号极性反转，如果CoFeB/Ta样品在升高的温度下退火。我们提取的自旋霍尔电阻率的行为，确定内在的自旋霍尔电导率的贡献，并与标准的Fe/Pt系统进行比较。我们的研究结果清楚地表明了一个巨大的界面贡献的整体自旋霍尔角所产生的修改后的界面在退火的CoFeB/Ta，其中在相应的自旋霍尔角的符号反转表现出从太赫兹振幅随温度的变化。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Spin to Charge Conversion in Amorphous Topological Insulating Gd-Alloyed BixSe1-x/CoFeB Bilayers
研究溅射制备的非晶Gd合金化BixSe1-x/CoFeB双层膜，通过自旋泵浦和太赫兹时域光谱证实了室温自旋至电荷转换，为探索非晶固体拓扑系统提供新方向。
2023-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Effect of spin glass frustration on exchange bias in NiMn/CoFeB bilayers
铁磁/反铁磁系统中的交换偏置可以用各种界面现象来解释。其中，自旋玻璃阻挫可以影响交换偏置系统中的磁性。在这里，我们已经研究了NiMn/CoFeB交换偏置系统中，自旋玻璃挫折似乎起着至关重要的作用。为了解释自旋玻璃阻挫对磁性的影响，我们计算了交换偏置对温度和冷却场的依赖关系。我们观察到交换偏置场（HEB）随冷却场（HFC）的减小而减小，但对矫顽场（HC）没有显著影响。在这些交换偏置系统中发现HEB和HC的指数衰减。此外，已经进行了训练效果测量以研究自旋弛豫机制。我们用冻结自旋弛豫模型和旋转自旋弛豫模型拟合训练效果数据。在这项研究中，我们研究了界面旋转和冻结自旋的弛豫速率比。训练效果数据还与各种其他模型拟合。此外，我们观察到的峰值温度向更高的温度与频率从交流磁化率数据的移位。
2020-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast behavior of induced and intrinsic magnetic moments in CoFeB/Pt bilayers probed by element-specific measurements in the extreme ultraviolet spectral range
从基础和应用研究的角度来看，含有铁磁3d过渡金属和4d/5d重金属的磁性系统的超快和元素特异性响应都是令人感兴趣的。然而，到目前为止，没有共识的主要微观过程描述之间的相互作用的内在3D和诱导4D/5D磁矩飞秒激光激发存在。在这项工作中，我们研究了超快响应的CoFeB/Pt双层探测元素特定的，核心到价带跃迁在极紫外光谱范围内使用高次谐波辐射。我们表明，结合磁散射模拟和分析的能量和时间相关的磁不对称性，允许准确地解开特定的元素的响应，尽管重叠的Co和Fe M $_{2,3}$以及Pt O $_{2,3}$和N $_7$共振。我们发现一个相当小的退磁时间常数，以及更大的退磁幅度相比，CoFeB的本征力矩的Pt的感应力矩。我们的研究结果是在协议与增强自旋翻转概率由于高自旋轨道耦合本地化的重金属Pt，以及与最近制定的假设，激光产生的，非相干磁振子人口内的铁磁膜导致过度比例减少的诱导磁矩的Pt。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance spin pumping in CoFeB with highly resistive non-magnetic electrodes
研究了CoFeB/非磁性双层膜铁磁共振自旋泵激和自旋整流的相对贡献随非磁性电极电阻的变化关系。具有高电阻的Ta或Ti电极的样品表现出更强的自旋整流信号，这可能导致对材料的自旋霍尔角的高估（或低估），而具有低电阻的Pt或Pd电极的样品表现出来自自旋泵浦的逆自旋霍尔效应的支配。通过与单FM层和倒置结构样品的比较，我们提供了一个合适的分析方法来提取自旋泵浦贡献。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hysteresis Behavior in Sputter-deposited Ultrathin Films of Amorphous- CoFeB Alloy
Shiv Nadar Institution of Eminence（Shiv Nadar卓越学院）
研究非晶CoFeB合金超薄膜的异常磁滞行为，揭示其各向异性来源及界面效应，为改进软磁合金性能提供新思路。
2025-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Stabilized biskyrmion states in annealed CoFeB bilayer with different interfaces
Sultan Qaboos University（苏丹卡布斯大学）；King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
研究通过退火不同界面CoFeB双层，发现稳定双涡旋态并揭示其在自旋电子学中的应用潜力
2026-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Perpendicular magnetic anisotropy and magnetization process in CoFeB/Pd multilayer films
利用磁滞回线和克尔效应研究了[CoFeB $t$ nm/Pd 1.0 nm] $_n$（$t$ = 0.4，0.6，0.8，1.0和1.2 nm; $n$ = 2 - 20）多层膜的垂直磁各向异性和动态磁化反转过程.强和可控的PMA的有效单轴各向异性高达7.7 $\times$ 10 $^6$ J.m $^{-3}$和低至200 emu/cc的饱和磁化强度。CoFeB/Pd界面的表面/界面各向异性，PMA的主要贡献，是从有效的单轴各向异性的膜分离，并出现增加的CoFeB/Pd双层的数量。在磁化反转过程中，使用极性磁光克尔显微镜观察的磁畴示出了详细的行为的成核和位移的域壁。
2014-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin injection and pumping generated by a direct current flowing through a magnetic tunnel junction
通过磁性隧道结（MTJ）的电荷流导致自旋极化电流的产生，该自旋极化电流对磁化施加自旋转移力矩（STT）。当施加的直流电流密度超过某个临界值时，STT在MTJ的“自由”电极中激发高频磁化进动。这种旋进产生微波输出电压，并且还可以用于自旋泵入相邻的正常金属或半导体。在这里，我们从理论上描述的自旋动力学和电荷输运的CoFeB/MgO/CoFeB/Au隧穿异质结连接到一个恒流源。通过对Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程进行数值积分，计算了具有弱垂直各向异性的自由CoFeB层中的磁化动力学，该方程同时考虑了与CoFeB相关的STT和压控磁各向异性|MgO界面结果表明，在一定范围内的相对较低的电流密度下，可以产生一个大角度的磁化进动，由电诱导的动态自旋重取向转变。然后，与注入的自旋电流一起评估振荡的自旋电流，该振荡的自旋电流由于这种进动而被泵入Au覆盖层。同时考虑驱动自旋极化电荷流和泵浦自旋电流，我们还描述了CoFeB/Au双层膜中的电荷输运，并考虑了反常和逆自旋霍尔效应.计算CoFeB/Au双层的横向侧之间的电势差作为距CoFeB的距离的函数|MgO界面结果发现，这种横向电压信号在金是足够大的实验检测，这表明所提出的电流驱动的自旋注入器的显着效率。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Longitudinal spin current absorption in bilayers composed of ferromagnetic and highly-resistive non-magnetic layers
本研究通过CoFeB/SrIrO3双层结构实验，发现磁层对纵向自旋电流的吸收增强自旋霍尔磁电阻，并修正有效自旋霍尔角约71%，凸显了高电阻非磁层中该吸收机制的重要性。
2025-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spinterface Induced Modification in Magnetic Properties in Co40Fe40B20/Fullerene Bilayers
有机半导体/铁磁双层薄膜由于在界面处形成自旋界面而具有新颖的性质。Buckminsterfullerene（C60）与铁磁体（FM）如Fe或Co相邻时，在界面处表现出铁磁性。由于界面处的轨道杂化和自旋极化电荷转移，形成了自旋界面。在这项工作中，我们已经证明，可以通过引入C60层来增强低吉尔伯特阻尼合金CoFeB的磁各向异性。结果表明，随着C60厚度的增加，各向异性增加，这可能是由于形成了spinterface。然而，与参考CoFeB膜相比，双层样品中的磁畴结构保持相同。
2021-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Strong temperature dependence of antiferromagnetic coupling in CoFeB/Ru/CoFeB
在80 ~ 600 K温度范围内，研究了反平行耦合CoFeB/Ru/CoFeB三层人工铁磁体（AFi）的饱和场和自旋翻转场随温度的变化关系.本文中提出的结果是相关的磁性器件使用该系统，例如磁随机存取存储器的基础上自旋触发器切换。与理论相一致，饱和场Hsat的性质类似于Hsat ~ H_0（T/T_0）/sinh（T/T_0），其特征温度为T_0 = 150 K。在该模型中，Ru层的费米速度为10^5m/s的量级，因此，解释了Ru基AFi中耦合强度随温度的强烈变化。此外，在非晶态CoFeB合金的AFi三层膜中，还观察到了K_u = 2 × 10^3J/m^3的强单轴各向异性，且各向异性轴的角分布很小。
2007-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Nonreciprocal Dzyaloshinskii-Moriya magnetoacoustic waves
研究了超薄CoFeB/Pt双层膜中声表面波与自旋波的相互作用。由于界面的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（dzyaloshinskii-Moriya interaction，dzyaloshinski-Moriya interaction），CoFeB/Pt中自旋波的色散是非简并的。结合磁声耦合本身的附加非互易性，观察到通过磁性膜的高度非互易性声波传输。我们系统地表征了磁声波传播的厚度系列的CoFeB（$d$）/Pt样品作为磁场大小和方向的函数，并在频率高达7 GHz。我们定量地模拟我们的结果，以提取的磁声和磁声驱动场的强度。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High frequency magnetic behavior through the magnetoimpedance effect in CoFeB/(Ta, Ag, Cu) multilayered ferromagnetic thin films
通过对磁控溅射CoFeB/（Ta，Ag，Cu）多层薄膜磁阻抗效应的研究，研究了CoFeB/（Ta，Ag，Cu）多层薄膜的磁化动力学。阻抗测量进行了分析，在负责他们的变化在不同的频率间隔和多层膜的磁性和结构特性的机制。根据频率和外部磁场的磁阻抗的机制的分析表明，对于CoFeB/Cu多层膜，铁磁共振（FMR）有助于显着的磁阻抗效应的频率接近470 MHz。当与CoFeB/Ta和CoFeB/Ag多层膜所获得的结果相比时，该频率较低，并且是该样品中的各向异性分布和不形成规则双层的结果。根据所使用的非磁性金属，MImax值出现在不同的频率下。在CoFeB/Ta和CoFeB/Ag的情况下，局部频带的变化在25%和30%之间，在CoFeB/Cu的情况下，频率范围很宽。
2011-07-01 cond-mat.mtrl-sci
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
Estimation of spin-orbit torques in the presence of current-induced magnon creation and annihilation
Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心，斯特拉斯堡材料与化学物理研究所）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
本研究通过谐波电阻和磁光克尔效应测量，发现磁子产生-湮灭会显著影响自旋轨道转矩估计，并提出了结合非线性磁电阻测量来量化磁子贡献的可靠方法。
2024-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The spin Hall effect of Bi-Sb alloys driven by thermally excited Dirac-like electrons
我们研究了Bi $_{1-x}$ Sb $_x$ /CoFeB异质结中的电荷-自旋转换。溅射沉积的异质结构的自旋霍尔电导率（SHC）表现出高平台在Bi丰富的组合物，对应于拓扑绝缘体相，其次是减少的SHC为Sb丰富的合金，与计算的固有自旋霍尔效应的Bi $_{1-x}$ Sb $_x$合金。SHC随着Bi $_{1-x}$ Sb $_x$合金在饱和之前的厚度的增加而增加，这表明它是主要有助于产生自旋电流的合金的本体;拓扑表面状态，如果存在于膜中，则起很小的作用。令人惊讶的是，发现SHC随着温度的升高而增加，遵循载流子密度的趋势。这些结果表明，大的SHC在室温下，自旋霍尔效率超过1和一个非常大的自旋电流迁移率，是由于在$L$谷的窄间隙Bi $_{1-x}$ Sb $_x$合金的Dirac-like，热激发电子的数量增加。
2019-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Continuous Tuning the Magnitude and Direction of Spin-Orbit Torque Using Bilayer Heavy Metals
自旋-轨道矩（SOT）为垂直磁化薄膜的磁化转换开辟了一条新的途径，由于其在新型数据存储技术（如磁性随机存取存储器（MRAM））中的潜在应用而引起人们极大的兴趣。SOT的有效操作因此成为迈向这些应用的重要一步。本文研究了Pt/Ta/CoFeB/MgO双层重金属结构中电流诱导的自旋轨道有效场和磁化翻转。在Ta层的固定厚度（1 nm）的情况下，可以通过改变Pt层厚度来连续地调谐电流诱导的自旋轨道有效场的幅度和符号，这与电流诱导的磁化切换数据一致。发现纵向与横向自旋轨道有效场的比率由Ta/CoFeB界面决定，并且可以通过改变Pt层厚度来连续调谐。发现Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（dzyaloshinskii-Moriya）很弱，并且随着Pt厚度的变化不显著。结果表明，一种有效的方法来调整SOT利用双层重金属，而不影响的氧化物，一个理想的功能，这将是有用的SOT为基础的设备的设计。
2017-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer torque devices utilizing the giant spin Hall effect of tungsten
本文报道了β-W薄膜中的巨自旋霍尔效应。利用自旋矩诱导的β-W/CoFeB双层微带铁磁共振，我们确定了自旋霍尔角为|θ| =0.30 \pm 0.02，大到足以使面内电流有效地反转与薄β-W层相邻的纳米级磁性隧道结的面内磁化CoFeB自由层的取向。根据用这种三端器件获得的开关数据，我们独立地确定|θ| =0.33 \pm 0.06。我们还报告了自旋霍尔开关效率的变化与W层的不同折射率，因此可变（α和β）相组成。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous spin Hall magnetoresistance in Pt/Co bilayers
我们研究了Pt/Co双层膜的自旋霍尔磁电阻（SMR），即横向于电流的平面内的磁电阻。我们发现，SMR随Co厚度的增加而增加：当使用传统的漂移扩散模型时，厚Co双层的有效自旋霍尔角超过Pt的报道值。包括Co层内自旋输运的扩展模型无法解释大的SMR。为了确定其来源，研究了其他来源的贡献。对于大多数双层膜，SMR随温度降低和磁场增加而增加，这表明Co层中的磁振子相关效应起的作用很小。如果没有Pt层，我们没有观察到大的SMR的Pt/Co双层厚Co。实施所谓的界面磁阻和纹理诱导的各向异性散射的效果不能占Co厚度相关的SMR。由于W/Co存在较大的SMR，但其幅度在W/CoFeB中减小，因此我们推断其起源与Co的特定性质有关。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall magnetoresistance in metallic bilayers
研究了由重金属（HM）层和铁磁金属（FM）层组成的双层金属膜中的自旋霍尔磁电阻（SMR）。我们发现近十倍的增加SMR在W/CoFeB相比，以前研究的HM/铁磁绝缘体（FI）系统。SMR随温度的降低而增加，尽管W层电阻率随温度的变化可以忽略不计。一个模型来解释的纵向自旋电流的FM层，金属铁磁体的关键特性之一的吸收。我们发现，该模型不仅定量地描述了HM层的厚度依赖性的SMR，允许准确估计的自旋霍尔角和HM层的自旋扩散长度，但也可以占SMR的温度依赖性通过假设一个温度依赖的FM层的自旋极化。这些结果说明了独特的作用，金属铁磁层在定义跨HM/FM界面的自旋传输。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Charge-Spin Conversion and Magnetization Switching though Rashba Effect at Topological Insulator/Ag Interface
利用自旋矩铁磁共振技术在三维拓扑绝缘体（TI）Bi 2Se 3和Ag双层膜中观察到了有效的电荷-自旋转换. Bi 2Se 3/Ag/CoFeB异质结构中的自旋轨道扭矩比随着Ag厚度增加到约2nm而显示出显著增强，并且对于5 nm的Ag达到0.5的值，其在室温下比Bi 2Se 3/CoFeB的自旋轨道扭矩比高约3倍。结果表明，Bi 2Se 3/Ag的界面效应超过了Bi 2Se 3层的拓扑表面态（TSS），并在Bi 2Se 3/Ag/CoFeB系统的电荷-自旋转换中起主导作用.基于第一性原理计算，我们将我们的观察归因于大的Rashba分裂带包裹TSS带，并具有相同的净自旋极化方向的TSS的Bi 2 Se 3。随后，我们第一次证明了在5.8 × 10^5 A/cm 2的低电流密度下Bi 2Se 3/Ag/Py中的Rashba诱导磁化翻转。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Control of Magnetization Dynamics Via W/CuO$_\text{x}$ Interface
本研究提出利用CuOₓ覆盖层调控铁磁/重金属双层系统的磁化动力学，在CoFeB/W/CuOₓ三层结构中实现了更低的磁阻尼与小幅下降的自旋泵浦输出电压，揭示了界面轨道Rashba效应的作用，为低成本自旋电子器件设计提供了新途径。
2024-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Control of Propagating Spin Waves via Spin Transfer Torque in a Metallic Bilayer Waveguide
我们研究了直流电对CoFeB/Ta双层结构中自旋波传播的影响。利用微布里渊光散射技术，我们观察到自旋波的振幅可以根据电流的方向和所施加的磁场而衰减或放大。我们的工作提出了一种有效的方法，电控制自旋波在磁波导中的传播，并可能是有用的，在一些应用，如锁相纳米振荡器和混合信息处理设备。
2014-04-22 cond-mat.mtrl-sci
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
Capping layer dependent anti-correlation between magnetic damping and spin-orbital to charge conversion
本研究通过在β-W/CoFeB双层膜上分别添加低SOC的C₆₀和CuOₓ覆盖层，发现磁阻尼与自旋-轨道电荷转换存在反相关关系，揭示了低SOC材料对调控磁化动力学、开发低功耗自旋电子器件的重要作用。
2024-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Pumping and Inverse Spin Hall Effect in Germanium
我们在室温下测量了\textit{n} -Ge的逆自旋霍尔效应（ISHE）。锗中的自旋电流是通过自旋泵从CoFeB/MgO磁性隧道结产生的，以防止阻抗失配问题。在CoFeB的铁磁共振下，在Ge中测量到明显的电动势。同样的研究，然后进行了几个测试样品，特别是我们已经调查了MgO隧道势垒和样品退火对ISHE信号的影响。首先，生长在$_{2}$上的参考CoFeB/MgO双层膜由于各向异性磁阻和异常霍尔效应而表现出明显的电动势，所述异常霍尔效应由相对于谐振场的不对称贡献主导。我们还发现，MgO隧道势垒是必不可少的观察ISHE在Ge和样品退火系统导致信号的增加。我们提出了一个理论模型的基础上存在的本地化状态之间的界面上的MgO隧道势垒和锗占这些意见。最后，我们的所有结果与重掺杂$n$ -Ge中ISHE的观察完全一致，并且我们可以估计室温下的自旋霍尔角为$\approx$ 0.001。
2013-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergent spin Hall conductivity in Tantalum-Rhenium alloys
本文研究Ta-Re合金的自旋霍尔电导率，发现约60 at.% Ta时因费米能级调控而显著增强，并用太赫兹发射实验和刚性能带模型验证了该增强效应。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Spin tunneling in junctions with disordered ferromagnets
我们提供了令人信服的证据来建立，与一个人的基本猜测，隧道自旋极化（TSP）的非晶CoFeB是大于高度织构面心立方CoFeB。第一性原理的原子和电子结构的计算表明，测得的TSP和预测的s-电子自旋极化之间的惊人的协议。由于无序结构的三元合金，这些结果不仅强烈支持我们的共同理解隧道通过AlOx，但他们也描绘了关键的概念，需要在这样的复杂系统的首要考虑。
2007-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and room temperature skyrmions in W/CoFeB/MgO thin films and microwires
最近的研究表明，缺乏结构反转对称性和具有高自旋轨道耦合的材料结构可以表现出手性磁织构和skyrmions，这可能是下一代存储设备的关键组成部分。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction）是一种反对称的交换相互作用，有利于相邻自旋的非共线取向。已经表明，具有高介电常数的材料系统可以通过自旋轨道力矩导致非常有效的畴壁和skyrmion运动。为了设计这样的装置，重要的是量化给定材料系统的介电常数。在这里，我们提取的重金属（HM）/铁磁体（FM）接口处的重金属，使用两个互补的测量方案，即不对称畴壁运动和磁条湮灭。通过使用两种不同的测量方案，我们发现对于W（5 nm）/Co20 Fe 60 B20（0.6nm）/MgO（2nm），λ分别为0.68 +/-0.05mJ/m2和0.73 +/-0.5mJ/m2。此外，我们表明，这种稳定的skyrmions在室温下，并有一个很强的依赖性的CoFeB合金的相对组成上的稳定的skyrmions。最后，我们使用不同的生长条件优化的层和界面，并证明，更高的沉积速率导致更均匀的膜，减少钉扎和skyrmions，可以操纵的自旋轨道扭矩。
2017-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of spin Hall conductivity in W-Ta alloy
通过重金属中的自旋霍尔效应产生纯自旋电流是近十年来的一个活跃的研究课题。为了减少有效地切换相邻铁磁层以用于应用所需的能量，不仅应该增加电荷-自旋转换效率，而且还应该降低重金属的纵向电阻率。在这项工作中，我们研究了自旋霍尔电导率在W_{1-x} Ta_{x} / CoFeB / MgO（x = 0 - 0.2）使用自旋扭矩铁磁共振测量。将W与Ta合金化后，样品的有效自旋霍尔角（从-0.15到-0.3）和纵向电阻率（60 - 120 μW·cm-1）都发生了2倍的变化。当Ta含量为11%时，自旋霍尔角达到-0.3，纵向电阻率为100 μW·cm-1，这使得这种W基合金的功耗非常低。这项工作表明，溅射沉积的W-Ta合金可能是一种有前途的高能效自旋电流产生材料。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical detection of spin-orbit torque vector with first-order Kerr effects
本文提出一种基于一阶克尔效应的磁光方法，利用斜入射光角在无需改变装置的情况下检测磁性薄膜中的自旋轨道力矩矢量，并验证了其在多种FM/NM双层膜中的有效性与广泛适用性。
2024-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Overcoming the Efficiency-Stability Trade-off in Spin-Orbit Torque Devices with Thermally Robust BCC NiW Alloys
National Tsing Hua University（国立清华大学）；National Taiwan University（国立台湾大学）
该研究针对SOT磁存储器的效率-稳定性权衡问题，开发BCC NiW合金作为自旋电流源，实现超低临界电流密度，兼具高热稳定性，为SOT-MRAM提供了可扩展的材料平台。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Effect of interfacial intermixing on spin-orbit torque in Co/Pt bilayers
采用第一性原理非平衡格林函数方法和超原胞无序平均法，研究了Co $\mid$ Pt双层膜中界面混合对自旋轨道矩的影响.通过在Co和Pt之间插入一个或多个无序CoPt合金单层来模拟混合。阻尼扭矩是适度增强的界面混合，而fieldlike扭矩，这是小的突变接口，强烈增强，变得可比的dampinglike扭矩。类场转矩的增强归因于Co与混合区之间的界面。平面霍尔扭矩随着混合而增加，但保持相对较小。对于具有（111）和（001）取向界面的双层，扭矩的行为是相似的。类场扭矩对混合的强烈依赖性可以提供一种通过界面工程来调整类场扭矩与类阻尼扭矩之比的方法。
2022-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast THz probing of nonlocal orbital current in transverse multilayer metallic heterostructures
该研究利用飞秒光激发产生的太赫兹发射，探测金属多层异质结构中的非局域轨道电流及轨道—电荷电流转换，并通过温度依赖测量区分轨道与自旋贡献。
2023-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum Transport in Two-Dimensional WS$_2$ with High-Efficiency Carrier Injection Through Indium Alloy Contacts
二维过渡金属二硫属化合物（TMDCs）具有光电子和量子化学等方面的重要应用。器件的关键元件是金属-半导体界面。然而，高接触电阻阻碍了进展。量子输运研究很少，因为低质量的接触在低温下很难处理。在这里，依赖于温度的转移长度测量进行化学气相沉积生长的单层和双层WS $_2$设备与铟合金接触。该器件具有低接触电阻和肖特基势垒高度（\sim 10 k $Ω$ \si{\micro\metre}在3 K和1.7毫电子伏）。有效的载流子注入能够实现高载流子迁移率（$\sim$ 190 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）和共振隧穿的观察。密度泛函理论计算提供了深入了解量子输运和性能的WS $_2$铟接口。我们的研究结果揭示了使用铟合金触点的高性能WS $_2$器件的显著进步。
2021-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley polarization and photocurrent generation in transition metal dichalcogenide alloy MoS$_{2x}$Se$_{2(1-x)}$
本研究实验探究了单层和双层TMDC合金MoS$_{2x}$Se$_{2(1-x)}$的谷极化与圆光致伏打效应光电流产生及电控，结合第一性原理计算，证实了内部电场打破面外镜面对称性。
2023-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit effective fields in Pt/GdFeCo bilayers
本文研究了稀土-过渡金属亚铁磁合金的自旋轨道矩。在Pt/GdFeCo双层膜中进行谐波霍尔测量以量化由SOT产生的有效场。结果表明，在GdFeCo的磁化补偿温度TM附近，类阻尼转矩迅速增大，这是由于净磁矩减小所致。
2017-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric Interactions in Layered Composites of Piezoelectric Quartz and Magnetostrictive Alloys
本文研究了压电石英和磁致伸缩铁钴钒合金（P）双层和三层复合材料中的机械应变介导磁电效应。结果表明，压电石英基复合材料的磁电电压系数（MEVC）高于传统铁电材料。在X切单晶石英和佩明杜尔的双层中，MEVC从20 Hz时的1.5 V/cm Oe变化到与纵向声学模式对应的弯曲谐振或机电谐振时的~ 185 V/cm Oe。在对称的石英-P三层中，MEVC在20 Hz时约为4.8 V/cm Oe，在纵向声共振时约为175 V/cm Oe。低频和共振ME效应的模型提供了MEVC的理论估计和计算MEVC与测量值基本一致。具有石英的磁电复合材料具有所需的特性，例如不存在铁电滞后和热释电损耗，并且可能在基于复合材料的磁传感器、换能器和高频器件中取代铁电体。
2012-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Large spin Hall angle and spin mixing conductance in highly resistive antiferromagnetic Mn2Au
反铁磁（AFM）材料由于具有零杂散磁场、高各向异性和自旋轨道耦合等优点，近年来在自旋电子学领域引起了广泛的研究兴趣。在这种背景下，双金属AFM Mn2Au引起了人们的关注，因为它具有独特的性能，并且其Neel温度非常高。在这里，我们报告自旋泵浦和反自旋霍尔效应的Mn2Au和CoFeB双层系统的铁磁共振研究。我们发现大自旋霍尔角θ_SH = 0.22
2020-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Engineering quantum anomalous Hall phases with orbital and spin degrees of freedom
结合紧束缚模型和第一性原理计算，研究了在外加交换场中，具有sp轨道的屈曲蜂窝晶格中由内禀自旋轨道耦合（SOC）引起的量子反常Hall（QAH）效应.详细的分析表明，非平凡的拓扑性质，可以出现利用不仅自旋，而且在强SOC限制的轨道自由度，当带获得非零陈数后，进行所谓的轨道纯化。我们选择Bi（111）双层作为强SOC的屈曲蜂窝晶格的原型，详细分析了它的拓扑性质。特别是，我们显示了几个QAH阶段的出现后，自旋交换的陈数作为SOC强度和交换场的大小的函数。有趣的是，我们观察到，在这样的阶段之一，即在量子自旋陈绝缘体阶段，量子化的电荷和自旋霍尔电导率共存。我们考虑了通过与等电子Sb合金化来调节Bi双层中SOC强度的可能性，并推测由于其组分的拓扑性质的竞争，可以预期在这样的合金化系统中具有奇异的性质。最后，我们证明了3d掺杂可以用来诱导一个相当大的交换场在Bi（111）双层，导致非平凡的陈绝缘体属性。
2013-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High spin mixing conductance and spin interface transparency at $Co_2Fe_{0.4}Mn_{0.6}Si$ Heusler alloy and Pt interface
从自旋波的产生、传输和检测的观点来看，需要表现出低磁阻尼（$α$）和适度高的饱和磁化强度的铁磁材料。由于自旋-电荷转换效率是另一个重要参数，因此高自旋混合电导（$g_{r}^{\uparrow \downarrow}$）是高效自旋-电荷转换的关键。全赫斯勒合金，例如预测为100 $\%$自旋极化的$Co_2Fe_{0.4}Mn_{0.6}Si$（CFMS），具有低的$α$。然而，在CFMS和顺磁体之间的界面处的$g_{r}^{\uparrow \downarrow}$还没有被完全理解。本文报道了$CFMS/Pt$双层膜中自旋泵浦和逆自旋霍尔效应的研究。阻尼分析表明，CFMS和Pt的界面处存在显着的自旋泵浦，这也证实了由检测到的反自旋霍尔电压。我们发现，在CFMS/Pt的$g_{r}^{\uparrow \downarrow}$（1.77 $\times$ 10 $^{20}$ m $^{-2}$）和界面透明度（84 $\%$）是较高的值相比，其他铁磁体/重金属系统。
2019-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reducing critical current for spin-transfer-torque-induced magnetization reversal in CPP-GMR devices: effect of low damping and enhanced spin scattering asymmetry in $Co_2FeGa_{0.5}Ge_{0.5}$ Heusler alloy
本研究利用$Co_2FeGa_{0.5}Ge_{0.5}$赫斯勒合金的低阻尼与高自旋极化特性，通过将其用作自由层及与CoFe构成双层自旋注入层，有效降低了CPP-GMR器件中STT诱导磁化反转的临界电流，提升了器件效率与稳定性。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental study of extrinsic spin Hall effect in CuPt alloy
实验研究了在轻金属Cu中系统地添加Pt对自旋霍尔角的影响。我们对Py/CuPt双层膜进行了自旋矩铁磁共振测量，发现随着Pt浓度的增加，CuPt合金的自旋霍尔角增加。在CuPt合金中，只有28%的Pt能产生与Pt相近的自旋霍尔角。我们进一步提取了不同Pt浓度下CuPt合金的自旋霍尔电阻率，发现在低Pt浓度下斜散射的贡献较大，而在高Pt浓度下侧跳的贡献较大.从技术的角度来看，由于CuPt合金可以承受高的加工温度，并且Cu是Si平台中最常见的金属化元素，因此将基于CuPt合金的自旋电子器件集成到现有的Si制造技术中会更容易。
2017-07-29 cond-mat.mtrl-sci
The bi-layered precipitate phase zeta in the Al-Ag alloy system
Al-Ag系统被认为是用于研究合金中扩散相变的一个很好理解的模型系统。在这里，我们报告存在一个新的沉淀相，ζ，在这个经典的系统，使用扫描透射电子显微镜（STEM）。zeta相具有由富含Al或Ag的交替双层组成的调制结构。我们的原位退火实验表明，zeta相是GP区γ ′和γ ′之间的中间沉淀相。第一性原理计算表明，zeta是Ag在Al中团簇形成的局域能量最小态，zeta的层状结构类似于Ag在各种铝合金中微合金化时Ag在沉淀相-基体界面的偏聚。
2017-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Vertically Graded Fe-Ni Alloys with Low Damping and a Sizeable Spin-Orbit Torque
针对传统双层结构减小厚度导致阻尼增加的问题，研究提出通过Fe-Ni合金垂直成分梯度打破体反演对称性，在10 nm单层铁磁体中同时实现低阻尼和显著自旋轨道力矩，为节能自旋电子器件提供新方案。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
