通过引入自然氧化铜增强铁磁多层膜中的力矩效率

具有大自旋轨道耦合 (SOC) 的重元素中的自旋轨道力矩 (SOT) 已被频繁用于操控自旋电子学器件中的磁态。近期理论工作预测，具有可忽略 SOC 的表面氧化轻元素可产生可观的轨道力矩 (OT)，这在磁化翻转中起着重要作用。本文报道了在垂直磁化的 Ta/Cu/[Ni/Co]$_5$/Cu-CuO$_x$ 多层膜上进行的反常霍尔电阻和谐波霍尔电压测量。通过引入自然氧化的 Cu-CuO$_x$ 层（其中 SOC 可忽略），这些多层膜的力矩效率和自旋霍尔角均得到大幅增强。这种增强主要源于 Ta 层的 SOT 与 Cu/CuO$_x$ 界面的 OT 的协同驱动，并可通过控制 Cu-CuO$_x$ 层的厚度进行调节。与不含 Cu-CuO$_x$ 的多层膜相比，最大力矩效率和自旋霍尔角提高了十倍，高于大多数已报道的其他异质结构中的值。