自旋轨道转矩路线图
介观与纳米尺度物理
2021-05-07 v2 应用物理
摘要
自旋轨道转矩（SOT）是一项能够实现自旋电子器件高效操控的新兴技术。SOT 中最初受关注的过程涉及电场、自旋轨道耦合、传导电子自旋与磁化。近来，兴趣已扩展至包含声子、磁子或热等多种其他过程。过去十年中，人们探索了众多材料以实现更大的 SOT 效率。近期，为最大化 SOT 器件性能的整体设计已将材料研究从非磁层拓展至磁层。SOT 的快速发展催生了各类基于 SOT 的应用。在本路线图文章中，我们首先通过引入被认为产生或控制 SOT 的各种机制（如自旋霍尔效应、Rashba-Edelstein 效应、轨道霍尔效应、热梯度、磁子与应变效应）综述 SOT 理论。随后，我们讨论实现这些效应的材料，包括金属、金属合金、拓扑绝缘体、二维材料与复杂氧化物。我们还讨论不同类型磁层在 SOT 器件中的重要作用。接着，我们讨论利用 SOT 的器件应用。我们讨论并比较三端和二端 SOT-磁阻随机存取存储器（MRAM）；提及消除外场需求的各种方案。我们给出 SOT-MRAM 的技术应用考量，并展望基于 SOT 的神经形态器件与电路。除 SOT-MRAM 外，我们呈现基于 SOT 的自旋电子太赫兹发生器、纳米振荡器以及畴壁与 skyrmion 赛道存储器。本文旨在全面综述 SOT 理论、材料与应用，指导学术界与工业界未来的 SOT 发展。
引用
@article{arxiv.2104.11459,
title = {Roadmap of spin-orbit torques},
author = {Qiming Shao and Peng Li and Luqiao Liu and Hyunsoo Yang and Shunsuke Fukami and Armin Razavi and Hao Wu and Kang L. Wang and Frank Freimuth and Yuriy Mokrousov and Mark D. Stiles and Satoru Emori and Axel Hoffmann and Johan Åkerman and Kaushik Roy and Jian-Ping Wang and See-Hun Yang and Kevin Garello and Wei Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.11459},
year = {2021}
}
备注
an invited paper in the "Advances in Magnetics" series