磁性合金单层膜中面外自旋轨道矩界面效应被发现

中国散裂中子源多功能反射谱仪研究团队在垂直磁性合金单层膜的自旋轨道矩研究中取得了重要进展，发现磁性合金单层膜中面外自旋轨道矩具有显著的界面效应。相关研究以“Interface Effect on the Out-of-Plane Spin-Orbit Torque in the Ferromagnetic CoPt Single Layers”为题发表于《Advanced Functional Materials》。

垂直磁化的重金属/铁磁金属多层膜或单层合金膜通过自旋轨道矩（SOT）诱导的无外磁场的磁化强度翻转，是下一代快速、高效的自旋电子器件的重要发展方向。垂直磁化的CoPt单层膜具有晶场相关的无外场的磁化翻转行为，但是与之相关的面外自旋轨道矩的性质尚不清楚。在CoPt单层膜中成功实现了三重对称的无外磁场SOT驱动磁化翻转的基础上，多功能反射谱仪研究团队发现其无外磁场的磁化翻转极性，以及面外自旋轨道矩随着薄膜中Co含量超过30%而发生了符号的改变。通过中国散裂中子源极化中子反射谱仪的精确表征，科研团队发现薄膜中具有本征的每nm厚度0.5%的成分梯度，在衬底附近存在Pt富集的界面层，该界面层对面外自旋轨道矩产生了显著的界面效应。进一步通过巧妙地在CoPt与衬底之间插入一层0.5nm的Pt，验证了无场磁化翻转的极性可以通过界面层进行调控。本工作揭示了垂直磁化CoPt单层中界面效应对其面外自旋轨道矩，并进一步对其无外磁场的磁化翻转，具有显著的调控作用，为自旋电子学器件的设计与应用提供了新方案。

多功能反射谱仪博士研究生李嘉亮为本工作的第一作者，朱涛研究员为通讯作者，物理研究所张庆华副研究员和清华大学谷林教授对样品进行了高分辨电镜表征。本工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金，以及粤莞联合基金的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202401018 

图1. Co30Pt70/SiO2/Pt多层膜在中国散裂中子源上开展的极化中子反射测量

图2. Co30Pt70和Co35Pt65的SOT驱动磁化翻转与面内和面外自旋轨道矩比较。