高熵合金/CoFeB 双层膜中的大自旋霍尔效应

高熵合金（HEAs）表现出多种物理性质，如结构材料的高硬度和催化的高效率。这些特征被公认为五种或更多元素通过高构型熵稳定单相固溶体的协同效应。HEAs 还可能表现出短程有序和微观畸变，导致系统的局域对称性破缺。具有局域对称性破缺的系统对自旋相关输运（如自旋霍尔效应）具有研究价值。在本研究中，采用溅射薄膜工艺制备了 HEA Mn--Nb--Mo--Ta--W 及相关合金的样品；这些薄膜与铁磁 CoFeB 层叠。所有样品均仅表现出体心立方（bcc）相的 X 射线衍射峰，透射电子显微镜图像显示不存在二次相且元素分布均匀。研究了自旋霍尔磁阻（SMR），所有样品中均观察到明显的电阻变化。对 SMR 的定量分析显示，HEA 的自旋霍尔角（$\theta_\mathrm{SH}$）为 0.12 ± 0.002，Nb--Mo--Ta--W 合金（中熵合金 MEA）为 0.14 ± 0.037。HEA 和 MEA 的 $\theta_\mathrm{SH}$ 与 Pt 相当，Pt 是一种具有较大 $\theta_\mathrm{SH}$ 的典型重金属。所开发的 HEA 和 MEA 薄膜是具有 bcc 相的新型自旋霍尔材料，适用于 CoFeB 和 MgO 势垒的磁隧道结自旋电子学应用。