中國散裂中子源多功能反射譜儀研究團隊在垂直磁性合金單層膜的自旋軌道矩研究中取得了重要進(jìn)展，發(fā)現磁性合金單層膜中面外自旋軌道矩具有顯著(zhù)的界面效應。相關(guān)研究以“Interface Effect on the Out-of-Plane Spin-Orbit Torque in the Ferromagnetic CoPt Single Layers”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。
垂直磁化的重金屬/鐵磁金屬多層膜或單層合金膜通過(guò)自旋軌道矩（SOT）誘導的無(wú)外磁場(chǎng)的磁化強度翻轉，是下一代快速、高效的自旋電子器件的重要發(fā)展方向。垂直磁化的CoPt單層膜具有晶場(chǎng)相關(guān)的無(wú)外場(chǎng)的磁化翻轉行為，但是與之相關(guān)的面外自旋軌道矩的性質(zhì)尚不清楚。在CoPt單層膜中成功實(shí)現了三重對稱(chēng)的無(wú)外磁場(chǎng)SOT驅動(dòng)磁化翻轉的基礎上，多功能反射譜儀研究團隊發(fā)現其無(wú)外磁場(chǎng)的磁化翻轉極性，以及面外自旋軌道矩隨著(zhù)薄膜中Co含量超過(guò)30%而發(fā)生了符號的改變。通過(guò)中國散裂中子源極化中子反射譜儀的精確表征，科研團隊發(fā)現薄膜中具有本征的每nm厚度0.5%的成分梯度，在襯底附近存在Pt富集的界面層，該界面層對面外自旋軌道矩產(chǎn)生了顯著(zhù)的界面效應。進(jìn)一步通過(guò)巧妙地在CoPt與襯底之間插入一層0.5nm的Pt，驗證了無(wú)場(chǎng)磁化翻轉的極性可以通過(guò)界面層進(jìn)行調控。本工作揭示了垂直磁化CoPt單層中界面效應對其面外自旋軌道矩，并進(jìn)一步對其無(wú)外磁場(chǎng)的磁化翻轉，具有顯著(zhù)的調控作用，為自旋電子學(xué)器件的設計與應用提供了新方案。
多功能反射譜儀博士研究生李嘉亮為本工作的第一作者，朱濤研究員為通訊作者，物理研究所張慶華副研究員和清華大學(xué)谷林教授對樣品進(jìn)行了高分辨電鏡表征。本工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、北京市自然科學(xué)基金，以及粵莞聯(lián)合基金的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202401018
圖1. Co30Pt70/SiO2/Pt多層膜在中國散裂中子源上開(kāi)展的極化中子反射測量。
圖2. Co30Pt70和Co35Pt65的SOT驅動(dòng)磁化翻轉與面內和面外自旋軌道矩比較。
