3d、5d 与 4f 金属异质结构中的巨轨道霍尔效应及轨道到自旋的转换
介观与纳米尺度物理
2022-07-14 v1 材料科学
摘要
轨道霍尔效应提供了自旋霍尔效应之外的另一种途径,可将电荷电流转换为角动量流。近来,在 3d 过渡金属中已确认了令人信服的轨道霍尔效应迹象。在此,我们报道了关于由 3d、5d 和 4f 金属构成的异质结构中轨道电流的生成、传输与转换的系统研究。我们表明,Cr 的轨道霍尔电导率达到量级为 5*10^5 Ohm^{-1} m^{-1} 的巨值,且 Pt 除自旋霍尔效应外还呈现强烈的轨道霍尔效应。对非磁性 Cr、Mn 和 Pt 层以及铁磁性 Co 和 Ni 层厚度依赖的测量揭示了轨道与自旋电流如何相互竞争或协助,从而决定作用于磁性层的自旋轨道转矩。我们进一步展示,通过在不磁性与磁性层间引入 4f 间隔层,这种相互作用可被剧烈调控。Gd 与 Tb 作为极高效的轨道到自旋电流转换器,将 Cr 产生的自旋轨道转矩提升 4 倍,并反转 Pt 产生的转矩符号。为解释结果,我们提出了一个广义漂移项-扩散模型,其同时包含自旋与轨道霍尔效应,并描述二者由自旋轨道耦合介导的相互转换。
引用
@article{arxiv.2207.06347,
title = {Giant orbital Hall effect and orbital-to-spin conversion in 3d, 5d, and 4f metallic heterostructures},
author = {Giacomo Sala and Pietro Gambardella},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.06347},
year = {2022}
}