Cu-Ta二元合金异质结中的可调自旋轨道矩

研究发现，在非晶态和/或高电阻率形式的钽（Ta）和钨（W）等重过渡金属（HM）中，自旋霍尔效应（SHE）很强。本工作表明，通过在具有垂直磁各向异性（PMA）的非晶态 Cu$_{100-x}$Ta$_{x}$ 基磁性异质结中采用 Cu-Ta 二元合金作为缓冲层，可以通过调节缓冲层电阻率来线性调控 SHE 诱导的类阻尼自旋轨道矩（DL-SOT）效率 $|\xi_{DL}|$。在这些 Cu$_{100-x}$Ta$_{x}$ 基磁性异质结中也能实现电流诱导的 SOT 翻转，并且我们发现翻转行为可以用 SOT 辅助的畴壁传播图像更好地解释。通过对不同组分的 Cu$_{100-x}$Ta$_{x}$ 基样品进行系统研究，我们确定了在富 Ta 区域自旋霍尔电导率的下限 $|\sigma_{SH}|\approx2.02\times10^{4}[\hbar/2e]\Omega^{-1}\cdot\operatorname{m}^{-1}$。基于电阻率调控的思想，我们进一步证明，通过采用高阻 TaN 缓冲层，$|\xi_{DL}|$ 可以从纯 Ta 的 0.087 增强到 0.152。