铁磁/非磁性金属异质结中界面自旋霍尔效应

As the basis of the spintronic devices based on pure spin current, spin Hall effect (SHE) contains rich physics and has attracted much attention. In this project, we will study the SHE in ferromagnet (FM)/nonmagnetic metal(NM) heterostructures in the following aspects. (1)Separation of the interfacial and bulk SHEs by measuring the dependencies of the SHE on the FM and NM layer thickness. (2) By changing alloy composition of NM layers, revealing the dependence of the interfacial contribution on the spin orbit coupling (SOC) strength in the NM layers. (3) By changing alloy composition of FM and NM layers, revealing the dependence of the interfacial contribution on the Fermi level position and density of states near the Fermi level in the FM and NM layers. (4) investigating the effect of the magnetic proximity effect on the interfacial contribution. (5) Accordingly, revealing the effect of Rashba SOC on the interfacial contribution. This project will be helpful to understand the physics of the SHE, and also favors to improve the functionality of the next generation spintronic devices.

作为构建新一代纯自旋流自旋电子学器件的物理基础，铁磁/非磁异质结中自旋霍尔效应包含深刻物理内涵，受到广泛关注。本项目围绕铁磁/非磁异质结中自旋霍尔效应开展研究，具体包括以下几个方面：(1) 通过改变磁性和非磁性层厚度，甄别自旋霍尔效应的体和界面贡献；(2)通过改变非磁性层中自旋霍尔耦合强度，揭示界面贡献与自旋轨道耦合强度的关系；(3)通过调控磁性和非磁性合金成分、进而费米面位置及其附近态密度分布，研究界面贡献与它们的内在联系；(4)通过比较不同非磁性层，研究磁近邻效应对界面贡献的影响机制；(5)在此基础上，揭示界面贡献与(界面对称破缺导致)Rashba自旋轨道耦合之间的内在联系。该项目实施将有助于理解自旋霍尔效应机制，也将有助于探索高自旋霍尔角的材料和体系，从而为改善以纯自旋流为基的新一代自旋电子学器件性能提供新的思路。

Pt/YIG异质结体系是研究重金属Pt层的自旋霍尔效应(SHE)标度关系和自旋弛豫机制的理想体系。我们提出了结合自旋霍尔磁电阻效应和自旋汉勒效应，来改进自旋霍尔效应表征方法。利用这个新的表征方法，研究发现YIG/Pt中自旋霍尔角随Pt厚度减小而增大，由此得到自旋霍尔角的界面/表面值高达0. 33。研究还发现，Elliott -Yafet模型与D’yakonov-Perel’模型分别在比较薄和比较厚的Pt层中起主导作用。实验结果还显示，自旋霍尔角与电阻率成正比，因而主要来源于 Pt的本征贡献。.另外，对于YIG和Pt薄膜，通过改变重金属层厚度，并利用四探针法测量横向电阻随磁场的变化关系，研究Pt/YIG异质结体系中正常霍尔效应（OHE）。发现YIG/Pt双层膜体系中OHC具有反常温度特性，表明MPE与表面磁矩热扰动的共同作用导致金属层费米能级和费米面形状发生明显改变。并通过离子液体施加电场，有效地调控了YIG/Pt界面的自旋传输，研究发现，尽管自旋霍尔磁电阻效应极大地减弱，但是垂直方向的电场却能很大地提高自旋弛豫时间和自旋扩散长度。.另外，我们还开展了以下研究：YIG/NiCoO/Pt中反铁磁畴壁研究、铁磁结构调控铁磁/重金属双层膜体系的界面对称破缺和自旋霍尔角、非共线反铁磁Mn3Sn反常霍尔效应标度关系的研究、FeMn薄膜的反常霍尔磁电阻效应研究、能带填充对反常霍尔效应以及磁性阻尼的影响。