重金属/3d金属双层结构中电致自旋与轨道极化的定量比较

磁化的电学控制在集成自旋电子学器件中具有至关重要的意义。重金属/铁磁异质结构中的自旋轨道力矩（SOT）已成为实现高效电流诱导磁化翻转的有力工具。然而，SOT 的微观起源尚存争议，由非局域自旋流引起的自旋霍尔效应（SHE）和由界面处局域自旋极化引起的自旋 Rashba-Edelstein 效应（SREE）是主要的候选机制。我们利用第一性原理电子结构方法和线性响应理论，研究了纯 Pt 薄膜以及 Pt/3d 金属（Co、Ni、Cu）双层薄膜中电致非平衡自旋与轨道极化。我们计算了原子分辨的响应量，从而能够识别导致类场 SOT（主要关联于 SREE）和类阻尼（DL）SOT（主要关联于 SHE）的诱导自旋极化贡献，并比较了它们的相对大小、对磁化方向的依赖关系以及 Pt 层厚度的依赖关系。我们发现，在 Pt/Co 和 Pt/Ni 界面处，FL 和 DL 分量都对最终 SOT 有贡献，其中前者在 Pt 界面层贡献更大，而后者在 Co 或 Ni 层中更大。我们的计算表明，电致横向轨道极化远大于诱导自旋极化，并且即使在没有自旋轨道耦合时也出现，这与自旋极化形成对比。