[论文解读] Spin-orbit torques induced by interface-generated spin currents

Seung‐heon Chris Baek, Vivek Amin+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2017

Magnetic properties of thin films参考文献 35被引用 143

一句话总结

论文在磁性三层结构中演示了无场切换，并将扭矩归因于底部/间隔界面处界面产生的自旋电流，扭矩依赖于底层磁化且与体相效应不同。

ABSTRACT

Magnetic torques generated through spin-orbit coupling promise energy-efficient spintronic devices. It is important for applications to control these torques so that they switch films with perpendicular magnetizations without an external magnetic field. One suggested approach uses magnetic trilayers in which the torque on the top magnetic layer can be manipulated by changing the magnetization of the bottom layer. Spin currents generated in the bottom magnetic layer or its interfaces transit the spacer layer and exert a torque on the top magnetization. Here we demonstrate field-free switching in such structures and attribute it to a novel spin current generated at the interface between the bottom layer and the spacer layer. The measured torque has a distinct dependence on the bottom layer magnetization which is consistent with this interface-generated spin current but not the anticipated bulk effects. This other interface-generated spin-orbit torque will enable energy-efficient control of spintronic devices.

研究动机与目标

• 研究自旋轨道扭矩如何在没有外部磁场的情况下切换具有垂直磁化的薄膜。
• 探究界面产生的自旋电流是否能够对三层结构中的顶层磁性层施加扭矩。
• 区分来自界面效应与体自旋轨道现象的扭矩。
• 提供实验证据，将底层磁化强度与对顶层的扭矩联系起来。

提出的方法

• 研究具有底部磁性层、间隔层和顶部磁性层的磁性三层结构。
• 在改变底层磁化的条件下测量扭矩与切换行为。
• 分析扭矩对底层磁化的依赖性，以识别界面产生的自旋电流贡献。
• 将观测到的扭矩与来自体自旋轨道机制的预测进行比较，以确定主要来源。
• 提供来自界面源自的自旋电流的无场切换证据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在磁性三层结构中是否可以实现顶部具有垂直磁化的无场切换？
• RQ2 是否存在来自底部/间隔界面的界面产生的自旋电流所带来的显著扭矩贡献？
• RQ3 底层磁化如何影响顶层的扭矩，这是否与界面产生的自旋电流预测相符？
• RQ4 观测到的扭矩是否与仅由体自旋轨道机制导致的切换相矛盾？
• RQ5 这对自旋电子器件的高能效控制有何启示？

主要发现

• 在磁性三层结构中演示了无场切换的工作模式。
• 顶层的扭矩对底层磁化呈现出明显的依赖性。
• 有证据支持底部/间隔界面处界面产生的自旋电流是扭矩的来源。
• 观测到的扭矩行为与纯粹的体自旋轨道扭矩解释不一致。
• 识别出一种额外的界面产生的自旋轨道扭矩机制，能够实现更高效的器件控制。