利用高自旋轨道霍尔电导 Pt-Cr 合金实现近 100% 自旋轨道转矩效率

5d 过渡金属 Pt 是在 Pt/铁磁层（FM）异质结构中高效产生自旋轨道转矩（SOTs）的典型自旋霍尔材料。然而，尽管长期进行了大量工程努力，Pt 及 Pt 合金的阻尼类 SOT 效率（${\xi}_{DL}$）仍局限于 ${\xi}_{DL}$<0.5。本文指出，通过合适的合金化元素，特别是 3d 过渡金属 V 和 Cr，可开发出高自旋轨道霍尔电导（${\sigma}_{SH}{\sim}6.5{\times}10^{5}({\hbar}/2e){\Omega}^{-1}{\cdot} m^{-1}$）。尤其在 Cr 掺杂情况下，在 Pt$_{0.69}$Cr$_{0.31}$/Co 器件中可实现极高的 ${\xi}_{DL}{\sim}0.9$，且 Pt$_{0.69}$Cr$_{0.31}$ 电阻率适中，为 ${\rho}_{xx}{\sim}133 {\mu}{\Omega}{\cdot}cm$。同时还展示了低至 $J_{c}{\sim}3.2{\times}10^{6} A{\cdot}cm^{-2}$ 的 SOT 驱动临界翻转电流密度。还发现 Pt$_{0.69}$Cr$_{0.31}$/FM 结构的阻尼常数（${\alpha}$）由纯 Pt/FM 的 0.078 降低至 0.052。这种 Pt-Cr/FM 异质结构整体具有高 ${\sigma}_{SH}$、巨大 ${\xi}_{DL}$、适中 ${\rho}_{xx}$ 及降低的 ${\alpha}$，使其有望用于多种极低功耗 SOT 存储器应用。