维度跨越对磁性绝缘体薄膜中自旋轨道矩效率的作用
介观与纳米尺度物理
2018-10-23 v2 材料科学
摘要
由于具有低 Gilbert 阻尼且无欧姆损耗，磁性绝缘体（MI）在自旋电子学应用中引起了极大的兴趣。通过重金属/MI 双层膜中的自旋霍尔效应和 Rashba-Edelstein 效应产生的自旋轨道矩（SOT），可以操控甚至翻转 MI 的磁序。MI 上的 SOT 比磁性金属中的 SOT 更引人入胜，因为 SOT 无法通过直接注入电子自旋转移到 MI 上。目前对 MI 上 SOT 的理解仍然不甚明确，尤其是 SOT 如何随薄膜厚度变化。在此，通过系统研究钨/铥铁石榴石（W/TmIG）双层膜中依赖于 MI 层厚度的 SOT 效率，我们观察到了维度对 SOT 效率的关键作用。我们首先表明，随着厚度的增加，TmIG 薄膜的磁相变从二维演化到三维，这是由于长波长热涨落受到了抑制。然后，我们报告了随着厚度的增加，测量到的 SOT 效率得到显著增强。我们将这一效应归因于磁矩密度的增加与热涨落受抑制的协同作用。最后，我们演示了在 TmIG 厚度高达 15 nm 的 W/TmIG 双层膜中由电流诱导的 SOT 翻转。其翻转电流密度与重金属/铁磁金属情形的电流密度相当。我们的发现有助于理解 MI 中的 SOT，这对于未来开发基于超薄 MI 的低功耗自旋电子学具有重要意义。
引用
@article{arxiv.1708.07584,
title = {Role of dimensional crossover on spin-orbit torque efficiency in magnetic insulator thin films},
author = {Qiming Shao and Chi Tang and Guoqiang Yu and Aryan Navabi and Hao Wu and Congli He and Junxue Li and Pramey Upadhyaya and Peng Zhang and Seyed Armin Razavi and Qing Lin He and Yawen Liu and Pei Yang and Se Kwon Kim and Cheng Zheng and Yizhou Liu and Lei Pan and Roger Lake and Xiufeng Han and Yaroslav Tserkovnyak and Jing Shi and Kang L. Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.07584},
year = {2018}
}