用BiSePt合金提高自旋轨道转矩效率

作     者：贺豪斌 兰修凯 姬扬 He Hao-Bin;Lan Xiu-Kai;Ji Yang

作者机构：中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2023年第72卷第13期

页      面：178-184页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0701[理学-数学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划(批准号:2022YFA1405100) 国家自然科学基金(批准号:12274406)资助的课题。 

主　　题：自旋轨道转矩 BiSePt合金 自旋霍尔角 

摘      要：自旋轨道转矩器件实现快速高效的磁性操作,需要提供自旋流的强自旋轨道耦合层具有高的电荷-自旋密度转换效率,以及低的电阻率.本文采用磁控溅射方法生长具有面内磁性的BiSePt合金/Co异质结构,对比BiSePt合金采用共溅射及交替溅射两种生长方式,研究了不同配比下的自旋轨道转矩效率(SOT效率)与合金电阻率.Pt掺杂提高了合金层的金属性,但是逐渐破坏Bi_(2)Se_(3)非晶表面的拓扑序,随着Pt组分的增加,两种竞争的机制使得合金层的自旋霍尔电导率随浓度配比有非单调变化,并且在Bi_(2)Se_(3)组分为67%的配比处达到了优值.相比共溅射方式,交替溅射方式生长合金层的电导率及自旋霍尔角较小,这归因于界面散射的增强及Pt对自旋流的过滤效应.相比于传统的纯重金属Pt和Ta等,以及拓扑绝缘体Bi_(2)Se_(3)等材料,我们的BiSePt合金实现了与工业匹配的生长条件,较高的SOT效率,以及适中的电阻率,对于SOT器件的实际应用很有意义.