基于自旋轨道力矩表征的交换偏置 NiO 异质结构中的电流诱导磁化翻转

在本工作中，我们研究了具有可变重金属层 W 和 Pt 厚度、垂直磁化 Co 层以及反铁磁 NiO 层的 W(Pt)/Co/NiO 异质结构中由自旋轨道力矩诱导的磁化翻转。利用电流驱动翻转、磁阻和 anomalous Hall effect（反常霍尔效应）测量，确定了垂直与面内交换偏置场。选取了来自两种体系、具有面内交换偏置的若干霍尔棒器件，并依据我们关于临界电流密度随 Pt 和 W 厚度变化的解析翻转模型进行分析，从而估算了有效自旋霍尔角与垂直有效磁各向异性。我们在 Pt/Co/NiO 与 W/Co/NiO 两种体系中均展示了无需外磁场、由面内交换偏置场取代所实现的确定性 Co 磁化翻转。此外，我们表明，由于 W 体系中的有效自旋霍尔角高于 Pt 体系，由反常霍尔效应确定的磁化电流翻转电阻态差与磁场翻转电阻态差之比 ($\Delta R/\Delta R_{\text{AHE}}$) 在 W 中约为 Pt 中的两倍，而 W 中的临界翻转电流密度比 Pt 器件低一个数量级。文中详细讨论了电流翻转的稳定性与训练过程。