亚铁磁多层膜中的长自旋相干长度与体状自旋轨道转矩

铁磁自旋电子学一直是一个主要焦点，因为它通过电流诱导的自旋转移转矩提供非易失性存储与逻辑应用。使此类磁器件得到更广泛应用，需要在保持磁单元热稳定性的前提下，以更小的单元尺寸和更低的翻转电流实现非易失性。然而，随着单元尺寸减小，铁磁体极难满足该要求，因为铁磁体的自旋转移转矩由于快速自旋退相干而是一种表面转矩，导致自旋转矩效率具有对铁磁体厚度的 $1/$ 厚度依赖关系。对更厚因而热稳定性更高的铁磁单元需要更大翻转电流，是铁磁体实现高密度非易失性应用的根本障碍。理论预言反铁磁体由于原子尺度上的交错自旋序而具有长自旋相干长度，从而解决上述根本限制。尽管已有若干关于反铁磁体与亚铁磁合金的自旋转矩实验，该预言仍未被探究。本文我们报道了反铁磁耦合亚铁磁多层膜中的长自旋相干长度及相关的体状转矩特征。我们发现横向自旋流可穿过厚度 > 10 nm 的亚铁磁 Co/Tb 多层膜，而在 1 nm 厚的铁磁 Co/Ni 多层膜中被完全吸收。我们还发现 Co/Tb 多层膜的翻转效率部分反映了体状转矩特征：它随亚铁磁厚度增加至 8 nm 而增大，之后减小，与 Co/Ni 多层膜的 $1/$ 厚度依赖关系形成鲜明对比。我们在反铁磁耦合体系上的结果将激发面向高能效自旋电子学技术的研究。