使用PtBi合金的体自旋轨道转矩驱动自旋霍尔纳米振荡器

自旋霍尔纳米振荡器（SHNO）中自旋轨道转矩驱动的自激振荡为下一代神经形态计算和高频技术提供了一条通往节能、纳米级微波器件的变革性途径。实现稳健、持续振荡的一个关键要求是降低阈值电流（$I_{\text{th}}$），该电流强烈受自旋霍尔效率（$\theta_{\text{SH}}$）支配。然而，增强$\theta_{\text{SH}}$的传统策略面临权衡，包括高纵向电阻率、界面效应和限制性能的对称性破缺转矩。在此，我们展示了PtBi合金中体自旋霍尔效应的显著增强，$\theta_{\text{SH}}$从纯Pt中的0.07增加到Pt$_{94.0}$Bi$_{6.0}$中的0.24和Pt$_{91.3}$Bi$_{8.7}$中的0.19，这是通过直流偏置自旋转矩铁磁共振提取的。增强的$\theta_{\text{SH}}$源于所有PtBi成分中体主导的、外在的侧跳散射。相应地，我们观察到基于Co$_{40}$Fe$_{40}$B$_{20}$(3 nm)/Pt$_{94.0}$Bi$_{6.0}$(4 nm)和Co$_{40}$Fe$_{40}$B$_{20}$(3 nm)/Pt$_{91.3}$Bi$_{8.7}$(4 nm)的100 nm SHNO中$I_{\text{th}}$分别降低了42%和32%。结构表征显示，引入更高Bi浓度后，Pt结晶度降低，同时出现了优选的晶体取向。总之，这些结果将PtBi合金定位为传统5$d$过渡金属的有力替代品，能够实现增强的$\theta_{\text{SH}}$和显著降低的$I_{\text{th}}$，从而为节能神经形态计算和磁随机存取存储器开辟了新途径。