溅射低温超导体δ-TaN在室温下的自旋轨道转矩效率
介观与纳米尺度物理
2022-08-01 v2
摘要
在寻找有望用于未来拓扑电子学的拓扑材料过程中，我们通过自旋转矩铁磁共振（ST-FMR）与自旋泵浦测量，评估了高质量溅射 TaN/Co20Fe60B20 器件中的自旋轨道转矩（SOTs）。由ST-FMR表征我们观察到磁性Co20Fe60B20层显著的线宽调制，这归因于 TaN 层产生的电荷-自旋转换。值得注意的是，由ST-FMR与自旋泵浦测量确定的自旋转矩效率分别高达 0.034 与 0.031。这些数值约为 Ta 的两倍以上，却几乎为 Ta 的五分之一，这可归因于 TaN 中约 cm 的低温室电阻率。我们估算出自旋扩散长度至少达 nm，与纯Ta中的自旋扩散长度相当。综合实验分析连同密度泛函理论计算表明，TaN 中显著SOT效应的起源主要与其费米能级（EF）附近存在拓扑非平庸电子能带结构所引起的贝里曲率的重要贡献有关。通过额外的详细理论分析，我们还发现超导 TaN 相的同结构同素异形体——简单六方结构 TaN 具有更大的贝里曲率，并且结合预期合理的电导率，它也可作为探索自旋轨道转矩磁随机存取存储器（SOT-MRAM）的廉价、温度稳定且高效自旋流源的有力候选。
引用
@article{arxiv.2207.08872,
title = {Room temperature spin-orbit torque efficiency in sputtered low-temperature superconductor delta-TaN},
author = {Przemyslaw Wojciech Swatek and Xudong Hang and Yihong Fan and Wei Jiang and Hwanhui Yun and Deyuan Lyu and Delin Zhang and Thomas J. Peterson and Protyush Sahu and Onri Jay Benally and Zach Cresswell and Jinming Liu and Rabindra Pahari and Daniel Kukla and Tony Low and K. Andre Mkhoyan and Jian-Ping Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.08872},
year = {2022}
}
备注
28 pages, 7 figures