单层自旋轨道转矩磁化翻转：由外尔氧化物中微小自发原子位移产生的自旋贝里曲率引起
材料科学
2025-04-25 v1 应用物理
摘要
自旋贝里曲率表征能带拓扑，作为贝里曲率的自旋对应物，在产生新型自旋电子学功能方面至关重要。通过打破晶体反演对称性，自旋贝里曲率有望显著增强；这种增强将提高铁磁材料中的本征自旋霍尔效应，从而增大自旋轨道转矩（SOT）。然而，这一引人入胜的方法尚未应用于器件；通常使用铁磁体/重金属双层中的外禀自旋霍尔效应来实现 SOT 磁化翻转。在此，我们在单晶外尔氧化物 SrRuO₃（SRO）的单层中展示了 SOT 诱导的部分磁化翻转，电流密度低至约 3.1×10⁶ A cm⁻²。对 SRO 薄膜中看似完美的周期性晶体结构的详细分析揭示了基底界面附近约 5° 的微小氧八面体旋转。紧束缚计算表明，由于旋转引起的能带交叉处小间隙的协同作用，本征自旋轨道耦合和能带反转在大范围内诱导了大的自旋霍尔电导率，从而导致磁化反转。我们的结果表明，单晶薄膜中的微小原子位移可以诱导强本征 SOT，对自旋电子学器件有用。
引用
@article{arxiv.2411.01806,
title = {Single-layer spin-orbit-torque magnetization switching due to spin Berry curvature generated by minute spontaneous atomic displacement in a Weyl oxide},
author = {Hiroto Horiuchi and Yasufumi Araki and Yuki K. Wakabayashi and Jun'ichi Ieda and Michihiko Yamanouchi and Shingo Kaneta-Takada and Yoshitaka Taniyasu and Hideki Yamamoto and Yoshiharu Krockenberger and Masaaki Tanaka and Shinobu Ohya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.01806},
year = {2025}
}
备注
39 pages, 5 figures in the main text, 9 figures in Supporting Information