Pt/Co/Cu/NiFe/Capping 多层结构中自旋轨道力矩的起源与传播
材料科学
2026-03-13 v1 应用物理
摘要
自旋轨道力矩 (SOT) 使电流驱动的磁化控制具有高效性，为低功耗自旋电子器件提供了有前景的路径。然而，复合多层结构中横向 (DL) 和纵向 (FL) SOT 的起源与传播仍不清晰。本文研究了 NiFe 厚度依赖的 SOT 效率，针对 Ta/Pt/Co/Cu/NiFe/Cu/Capping 多层结构 (x = 15 nm; Capping = Pt、Al 和 SiO2)。通过采用自旋旋转几何构型，垂直磁化的 Pt/Co/Cu 堆叠作为自旋源，引入非常规自旋极化，与 Oersted 场正交，从而消除其贡献，使使用平面霍尔效应和极化 MOKE 测量实现 SOT 的明确分离。为区分体积与界面贡献，我们引入样品面积归一化矩 m = mNiFe/S，考虑 NiFe 厚度依赖的磁化并消除因名义厚度比例和磁性死层引起的不确定性。我们发现 DL-SOT 遵循近乎线性 1/m 比例，一致于 Cu/NiFe 界面快速自旋吸收，但在 Pt 和 Al 封装样品中当 1/m 接近零时仍表现出有限的 beta_SOT，表明 Cu/Pt 和 Cu/Al 界面存在额外的界面自旋电流贡献。相比之下，SiO2 封装样品显示出微乎其微的界面贡献。此外，FL-SOT 明显偏离 1/m 比例，并显示出约 1.7 nm 的显著较长自旋相位长度，远高于 DL-SOT，暗示自旋在 NiFe 中的扩展传播。比较封装层进一步通过界面依赖的自旋传输验证了这一行为。我们的发现阐明了 DL 和 FL 力矩的起源及其distinct传播特征，为在超薄金属异构结构中工程化界面自旋轨道功能提供了指导。
关键词
引用
@article{arxiv.2603.11843,
title = {Origin and Propagation of Spin-orbit Torques in Pt/Co/Cu/NiFe/Capping Multilayers},
author = {Yuming Bai and Rulin Tian and Yue Zhang and Tao Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.11843},
year = {2026}
}