Magnetic heterostructures optimized for spin-orbit torque magnetization switching and terahertz emission

Beskrivning

I detta forskningsprojekt studerar vi magnetiska heterostrukturer som består av nya kombinationer av ferromagnetiska (FM) och icke-magnetiska (NM) material med hög spinn-orbitalkoppling (SOC). Fokus ligger på överföring av spinnvinkelmoment över heterostrukturens gränssnitt, som är optimerade för spin-orbit momentomkoppling av magnetiseringen och generering av terahertz (THz) strålning i spintroniska emittrar. Nya resultat från oss visar att helt epitaxiella (all-epi) heterostrukturer med 5d tungmetaller som NM-skikt kan ge en gigantisk överföring av spinnvinkelmoment över gränssnittet när en laddningsström leds genom NM-skiktet. Resultaten visar hur viktigt det är att ta hänsyn till den elektroniska bandstrukturen vid gränssnittet i strävan efter att optimera heterostrukturens egenskaper för apparattillämpningar.

Tvådimensionella (2D) övergångsmetalldikalkogenider (TMD) utgör ett annat nytt val av NM. Till skillnad från grafen, som uppvisar försumbar SOC, har det visats att TMD kan ge den nödvändiga stora SOC. En annan fördel med TMD är deras skiktade egenskaper med skikt som hålls samman med svaga van der Waals (vdW) interaktioner som kan ge atomärt skarpa gränssnitt. Vissa av dessa material uppvisar FM-egenskaper, vilket ger möjlighet att bygga magnetiska heterostrukturer med enbart vdW, vilket ytterligare kan förbättra effektiviteten i överföringen av spinnvinkelmoment över gränssnittet. Topologiska isolatorer (TI) med stark SOC och spinnmomentlåsta Dirac-yttillstånd har förutspåtts vara effektiva för laddning till spinnomvandling och är ett annat NM-material som studeras inom denna forskning.

Grunden för forskningen sammanfattas i figuren här på sidan.