基于铁磁垂直磁化异质结构的自旋轨道力矩的研究.pdfVIP

基于铁磁垂直磁化异质结构的自旋轨道力矩的研究

基于铁磁垂直磁化异质结构的自旋轨道力矩的研究

引言

自旋电子学是研究电子自旋和自旋相关现象的一个重要分

支领域。在自旋电子学中，自旋轨道力矩（Spin-Orbit

Torque，简称SOT）是一种能够在铁磁/非磁异质结构中操纵

和控制自旋的重要现象。自旋轨道力矩通过光电效应或应变效

应将自旋和轨道耦合起来，可以在纳秒时间尺度内实现自旋操

控和传输。本文将介绍基于铁磁垂直磁化异质结构的SOT原理、

实验方法和应用前景。

一、基本原理

自旋轨道力矩是自旋霍尔效应和拉曼散射实验证明的一种

基本力矩，其产生的基本原理是自旋和轨道耦合。在铁磁/非

磁异质结构中，自旋轨道力矩的实现需要借助自旋霍尔效应或

应变效应。当电流通过铁磁层时，电流中的自旋极化将通过自

旋霍尔效应产生自旋荷，使铁磁层的自旋翻转。另一方面，应

变效应也可以通过调控铁磁层的晶格结构实现自旋轨道力矩的

产生。

二、实验方法

基于铁磁垂直磁化异质结构的自旋轨道力矩的实验方法主

要包括磁光光谱、自旋霍尔效应、电子传输测量等。磁光光谱

可以通过探测材料在不同磁场下的输运性质以及光学性质，来

研究自旋轨道力矩的产生和作用机制。自旋霍尔效应则通过测

量自旋极化电流在材料中产生的电场来研究自旋轨道力矩的自

旋转换效应。电子传输测量可以通过测量自旋载流子在材料中

的传输特性来研究自旋轨道力矩的传输机制。

三、应用前景

基于铁磁垂直磁化异质结构的自旋轨道力矩具有很大的应

用前景。首先，它可以在非易失性存储器中实现自旋转移和写

入，从而提高存储器的速度和能效。其次，它可以应用于自旋

转换器件中，实现高速自旋电子学器件的制备，如自旋谐振器、

自旋滤波器等。此外，自旋轨道力矩还可以应用于自旋电子学

的新型传感器，实现高灵敏度的磁场传感和自旋传感。

总结

基于铁磁垂直磁化异质结构的自旋轨道力矩是自旋电子学

的重要研究方向之一。本文介绍了自旋轨道力矩的基本原理和

实验方法，并展望了其在存储器、自旋转换器件和传感器等领

域的应用前景。随着对自旋轨道力矩的深入研究，相信将会有

更多的新颖应用涌现出来，推动自旋电子学的发展

基于铁磁垂直磁化异质结构的自旋轨道力矩是自旋电子学

领域的重要研究方向。通过磁光光谱、自旋霍尔效应和电子传

输测量等实验方法，可以研究自旋轨道力矩的产生和作用机制。

该技术具有广阔的应用前景，可以应用于非易失性存储器、自

旋转换器件和传感器等领域，提高存储器的速度和能效，制备

高速自旋电子学器件，并实现高灵敏度的磁场传感和自旋传感。

随着对自旋轨道力矩的研究深入，预计将推动自旋电子学的发

展并带来更多新颖应用