量化轨道 Rashba 效应对磁化有效阻尼类转矩的巨大贡献
材料科学
2024-01-22 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
大自旋电流的产生及其相关自旋转矩——现代自旋电子学的核心——长期以来通过电荷到自旋的转换机制实现,即与强自旋轨道耦合内在相关的自旋霍尔效应和/或 Rashba 效应。近来,人们预测并观测到一条新路径,可在轻元素中产生显著的电流诱导转矩,因而其具有弱自旋轨道相互作用。这些发现指出电子的轨道对应物(即轨道霍尔效应与轨道 Rashba 效应)的潜在参与。本研究旨在量化这些轨道相关贡献对不同系统中作用于薄 Co 层的有效转矩。首先,在 Pt|Co|Cu|AlOx 叠层中,我们证明了源于 Cu|AlOx 界面处轨道 Rashba 效应的转换所产生的转矩强度,与底部 Pt|Co 系统中有效自旋霍尔效应所产生的转矩相当。其次,为放大轨道到自旋的转换,我们研究了 Co|Pt|Cu|CuOx 中中间 Pt 层的影响。根据由谐波霍尔测量并结合自旋霍尔磁电阻与太赫兹谱实验确定的有效转矩的 Pt 厚度依赖性,我们证明了在 Cu|CuOx 界面处存在巨大的轨道 Rashba 效应,导致在最优 Pt 厚度下 Co 上的净转矩增强两倍。我们的发现不仅展示了轨道电流在具有弱自旋轨道耦合的低维系统中可发挥的关键作用,也揭示了它们能够实现自旋电子器件中更节能的磁化操控。
引用
@article{arxiv.2309.15987,
title = {Quantifying the large contribution from orbital Rashba effect to the effective damping-like torque on magnetization},
author = {S. Krishnia and B. Bony and E. Rongione and L. Moreno Vicente-Arche and T. Denneulin and Y. Lu and R. E. Dunin-Borkowski and S. Collin and A. Fert and J. -M. George and N. Reyren and V. Cros and H. Jaffrès},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.15987},
year = {2024}
}
备注
12 pages,6 figures