铁磁异质结构中自旋轨道力矩的对称性与大小

电流引起的自旋力矩因能够在不施加外部磁场的情况下操控纳米磁体的取向而备受关注。它们在非易失性数据存储和逻辑器件中有直接应用，并为理解电荷与自旋输运之间相互依赖的基本过程提供了深刻见解。近期在铁磁异质结构中由面内电流注入引起的磁化翻转的演示，引起了人们对一类基于轨道到自旋动量传递的自旋力矩的关注，这类力矩有别于非共线磁性层间的纯自旋转移力矩（STT），并有望实现更多样化的器件功能。然而，由于研究数量有限，关于自旋轨道力矩（SOTs）的对称性、大小和起源尚无共识。在此，我们报告了在 Pt/Co/AlO 三层膜中对 SOTs 的定量矢量测量，该测量利用反常霍尔效应与平面霍尔效应的谐波分析作为施加电流和磁化方向的函数。我们提供了一种通用方案，用于在磁化任意取向下测量 SOTs 的幅度和方向，包括对霍尔效应与热电效应相互作用的修正。基于一般的空间与时间反演对称性论证，我们表明非对称异质结构允许存在两种不同的 SOTs，它们在磁化反转时分别表现出奇对称和偶对称行为。我们的结果揭示了一种超越了 Rashba 和自旋霍尔效应对 SOTs 贡献的既有模型的情景。偶 SOT 类似于 STT，但比 Pt 中自旋霍尔效应预期的更强。奇 SOT 由一个恒定的类场项和一个额外分量组成，后者具有强烈的各向异性且不对应于简单的 Rashba 场。