二维多层 MXene 的非传统自旋轨道扭矩及其在未来非易失性磁存储器中的应用
介观与纳米尺度物理
2025-05-22 v2 材料科学
摘要
MXene 因其类石墨和过渡金属硫化物的多种功能性而在近年来受到广泛关注。为拓展其在电子器件中的新应用领域，如超高集成度磁存储器，本文开发了一种自旋轨道扭矩 (SOT) 双层结构，包含基于磁浆 sputtering 技术制备的裸 MXene Cr2N：基板//Cr2N/[Co/Pt]3/MgO。我们展示了该双层结构中实现无场当前感应磁化翻转 (CIMS)，不论电流方向如何相对于 Cr2N 晶体的镜像对称线。这是一种特定于基于二维 MXene 的 SOT 器件的特征，源于非传统的垂直 SOT。随着 Cr2N 厚度的增加，SOT 效率也随之增大。第一性计算预测，Cr2N 中的轨道-汉密尔顿导电率具有占主导地位的垂直分量，与 Cr2N 中的自旋-汉密尔顿导电率相比。X射线磁圆二色性显示，Cr2N 层界面上 Cr 的不可补偿磁矩是由与 [Co/Pt]3 铁磁层接触所致。因此，认为 MXene 中固有的体积轨道汉姆尔顿效应以及界面贡献（如由于 Cr 不可补偿磁矩产生的自旋滤波效应）是该器件中非传统垂直 SOT 的主要机制，而非晶体对称性和/或垂直耦合。
引用
@article{arxiv.2501.10678,
title = {Unconventional Spin-orbit Torques by Two-dimensional Multilayered MXenes for Future Nonvolatile Magnetic Memories},
author = {Prabhat Kumar and Yoshio Miura and Yoshinori Kotani and Akiho Sumiyoshiya and Tetsuya Nakamura and Gaurav K. Shukla and Shinji Isogami},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.10678},
year = {2025}
}