《自然•通讯》刊登我校曾海波团队自旋电子学新发现

时间:2018-07-05 16:47 来源:南理工 浏览数:2070

7月2日,国际顶级综合性期刊《自然•通讯》(《Nature  Communications》)刊登了我校材料学院曾海波教授团队在面向下一代磁存储技术的二维自旋电子学材料的重要研究成果,论文题名为:Giant antidamping orbital torque originating from the orbital  Rashba-Edelstein effect in ferromagnetic heterostructures(铁磁异质结中源于轨道Rashba-Edelstein效应的巨大反阻尼轨道扭矩),该团队陈喜博士后为该论文第一作者,曾海波教授为唯一通讯作者,我校材料学院为第一完成单位及通讯单位。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05057-z

根据前苏联物理学家E. I. Rashba和V. M.  Edelstein的理论,二维电子气的结构反演对称性破缺导致电子自旋的去简并,在电场的作用下,去简并的电子自旋态会产生自旋极化,该现象称为Rashba-Edelstein效应。随着半导体摩尔定律终结的临近以及新型二维铁磁异质结材料的兴起,近几年来利用Rashba-Edelstein效应实现铁磁材料信息的存储以及逻辑运算已成为自旋电子学和信息工程领域的研究热点。然而,目前报道的Rashba-Edelstein效应的电流—自旋流转换效率仍然处于较低水平,而且影响电流转换效率的潜在物理机制仍然不清楚,严重制约了下一代磁存储材料的发展。本次发表的论文巧妙利用了Pt/Co/SiO2(铂/钴/二氧化硅)二维铁磁异质结中界面轨道杂化的协同作用,在室温条件下成功将电流转换效率提升至2.83,是同类材料的几倍到一个数量级,为目前报道的最高水平。鉴于轨道杂化的关键作用,该论文将此电流转换机制命名为Orbital Rashba-Edelstein  effect。该论文提出的这种新型的磁电耦合效应为获得高集成密度、高稳定性、低功耗的自旋电子器件提供了技术方向,对全面理解Rashba-Edelstein效应潜在的物理机制具有重要科学意义。

该工作得到了国家杰出青年科学基金(61725402)和国家重点基础研究发展计划项目(2014CB931702)的支持。

  


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图为Orbital Rashba-Edelstein effect物理机制示意图。L为轨道角动量,ECEF为晶体场,SOC为自旋轨道耦合,k为动量矢量,j为电流密度。