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课题组与北卡州立大学的孙达利教授及内布拉斯加大学的许晓山教授等人合作实现界面自旋霍尔角的铁电调控

发布时间:2020-06-22 浏览量:376

沈健课题组与北卡州立大学的孙达利教授及内布拉斯加大学的许晓山教授等人合作,实现了在LSMO/PZT/Pt器件中,铁电极性对界面自旋轨道耦合的调控。结果表明:极化电流自LSMO隧穿通过PZT进入Pt,由于自旋轨道耦合产生反自旋霍尔效应;通过改变铁电层的电极性,反自旋霍尔效应发生了正负翻转;另外,增加Pt层的厚度(>6 nm),反自旋霍尔效应对铁电层极性的依赖性减弱至消失。相关研究以‘Tuning the interfacial spin-orbit coupling with ferroelectricity’为题目,发表在Nature Communications, 11(1), 2020.

重金属材料中由于自旋-轨道耦合,自旋流与电流可相互转化,转换效率即自旋霍尔角,可通过反自旋霍尔效应测量。器件中的反自旋霍尔效应随着Pt层厚度的增加,铁电极性的影响减弱;在PZT/Pt界面引入2原子层Cu薄膜,铁电极性对反自旋霍尔效应的影响消失。这些都说明铁电极性调控了PZT/Pt界面。理论计算发现,铁电层的电极性变化,一方面影响界面原子结构,使界面电导率发生变化;另一方面,产生面外方向的静电场,导致Rashba能带自旋劈裂。通过界面自旋霍尔角和体自旋霍尔角拟合实验数据,作者发现器件中界面自旋轨道耦合的影响远大于体材中的自旋轨道耦合。这为基于自旋轨道器件的设计与功能化开劈了界面调控的新思路。

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