由光驱动的轨道力矩实现的有效磁化切换——基于轻型3d过渡金属氮化物
材料科学
2026-01-06 v1
摘要
轨道霍尔效应（OHE）在轻型过渡金属中提供了一种针对磁化控制生成轨道力矩的有前景的途径，为传统依赖重金属的自旋霍尔效应方法提供了替代方案。我们展示了在轻型3d过渡金属氮化物VN（具有面心立方结构的111纹理）中实现的垂直磁化切换，该氮化物中的OHE驱动了[Co/Pt]3多层结构的磁化切换。第二谐波霍尔测量显示，VN(7.5 nm)/[Co(0.35nm)/Pt(0.3 nm)]3的扭转效率高达-0.41，显著优于包含Co、Py和CoFeB铁磁体的对照样品，表明VN中的轨道电流通过[Co/Pt]3铁磁层有效转化为自旋电流。实现了在平行磁场下的平行电流完全切换，而在无磁场条件下实现部分无场切换。开关临界电流密度与W基自旋轭矩器件相当。第一性原理计算确认VN中存在较大的轨道霍尔导电率，而在费米能附近的自旋霍尔导电率较小。我们的结果表明，轻型3d过渡金属氮化物与具有111纹理的Co/Pt铁磁多层结构的组合，对于最大化轨道器件的磁化切换效率具有巨大的潜力。
引用
@article{arxiv.2601.01115,
title = {Efficient magnetization switching driven by orbital torque originating from light 3d-transition-metal nitrides},
author = {Gaurav K. Shukla and Yoshio Miura and Mayank K. Singh and Shinji Isogami},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.01115},
year = {2026}
}