Ti/Pt/Co/Mn/Ti异质结构中自旋轨道扭矩的Mn层调制

《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：The Mn layer modulation of Spin-Orbit Torque in Ti/Pt/Co/Mn/Ti heterostructure

通过磁控溅射制备Ti/Pt/Co/Mn/Ti异质结薄膜，系统研究Mn层插入对巨磁阻（PMA）和自旋轨道扭矩（SOT）磁学特性的影响。结果表明，Co-Mn界面交换作用降低矫顽力至638 Oe，实现场自由SOT诱导磁化翻转（最大20%），并提升横向电导率31.9%以显著降低矫顽力。

　　

郭琦|李超凡|李定毅|孙燕|曹顺凯|金亚旭|郑博宇|宗硕通|王志成|胡继凡

中国山西省太原市太原科技大学材料科学与工程学院，邮编030024

部分内容摘要

实验方法

采用AJA Orion 5磁控溅射系统，在室温下、基压低于5 × 10^-8 mTorr的条件下，将Ti (3 nm)/Pt (3 nm)/Co (0.8 nm)/Mn (t nm)/Ti (3 nm)薄膜沉积在Si/SiO? (100)基底上。样品的命名如下：样品0：Ti (3 nm)/Pt (3 nm)/Co (0.8 nm)/Ti (3 nm)；样品1：Ti (3 nm)/Pt (3 nm)/Co (0.8 nm)/Mn (0.9 nm)/Ti (3 nm)；样品2：Ti (3 nm)/Pt (3 nm)/Co (0.8 nm)/Mn (1.2 nm)/Ti (3 nm)；样品3：Ti (3 nm)/Pt (3 nm)/Co (0.8 nm)/Mn (1.5 nm)/Ti (3 nm)。随后，

结果与讨论

为获得高质量薄膜，使用原子力显微镜（AFM）对Ti/Pt/Co/Mn/Ti薄膜的表面粗糙度进行了表征。如图1(b)所示，样品3的AFM图像显示其表面均方根粗糙度为0.36 nm，表明表面较为光滑连续。

为了研究Mn层在PMA（坡莫夫-安诺尔效应）中的作用，对Ti/Pt/Co/Mn/Ti薄膜进行了AHE（反赫尔效应）测量。样品0显示出明确的正方形R_H-H回线，矫顽力为638 Oe。添加Mn层后...

结论

总之，系统研究了Mn层插入对Ti/Pt/Co/Mn/Ti异质结构磁性能和SOT（场诱导磁化）的影响。Co与Mn之间的反赫尔效应（AEC）降低了矫顽力并削弱了PMA效应，同时实现了无场条件下通过SOT诱导的磁化切换，最大切换比为20%。谐波霍尔效应测量显示${\xi }_{\mathrm{DL}}$值从0.36增加到0.57，导致$J_c$降低了31.9%，而${\xi }_{\mathrm{FL}}$值变化不大。MOKE（磁光学克尔效应）测量结果进一步证实了...

作者贡献声明

郭琦：撰写——审稿与编辑、实验研究、数据分析、概念构思。李超凡：撰写——初稿撰写、方法设计、实验研究、数据管理。李定毅：软件开发、数据分析。孙燕：数据分析、概念构思。曹顺凯：资源获取、方法设计。金亚旭：软件开发、资源获取、实验研究。郑博宇：实验研究、数据管理。宗硕通：软件开发、资源获取、实验研究。王志成：数据可视化、项目监督、软件支持。

未引用参考文献

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利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了山西省高等学校科技创新计划（编号2021L318）、中国山西省奖学金委员会（编号2024-127）以及太原科技大学博士研究启动基金（编号20202031）的支持。