【產(chǎn)通社，1月31日訊】中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所（Institute of Semiconductors Chinese Academy of Sciences, ISCAS）官網(wǎng)消息，其半導(dǎo)體超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的朱禮軍課題組最近發(fā)現(xiàn)一種由擴(kuò)散電流（spreading current）引起、廣泛存在于微納米器件和具有重要影響的垂直有效磁場(chǎng)，并發(fā)展了不同極化方向自旋（σx, σy, σz）的可靠測(cè)量方法。

自旋電子學(xué)存算器件是后摩爾時(shí)代信息科學(xué)的潛在解決方案之一。如何實(shí)現(xiàn)垂直磁各向異性比特的高能效全電驅(qū)動(dòng)是目前高密度自旋存算技術(shù)亟待突破的重要課題。傳統(tǒng)材料（如重金屬和拓?fù)洳牧系龋┯捎趯?duì)稱(chēng)性保護(hù)只能產(chǎn)生面內(nèi)橫向極化自旋（σy），其角動(dòng)量無(wú)法翻轉(zhuǎn)垂直磁各向異性比特。因此，尋找垂直有效磁場(chǎng)和垂直極化自旋（σz）的有效產(chǎn)生方法成為近年來(lái)的科學(xué)前沿和研究熱點(diǎn)。

技術(shù)上，該垂直有效磁場(chǎng)為自旋存算器件提供了一種新穎、普適、高能效、可高密度集成的全電寫(xiě)入方式。圖1(b) 所示為基于該方法的全電驅(qū)動(dòng)SOT-MRAM基元�？茖W(xué)上，該垂直有效磁場(chǎng)呈現(xiàn)出被數(shù)十篇文獻(xiàn)所認(rèn)為的可判定垂直極化自旋（σz）存在的三種“指紋特征”：面內(nèi)磁矩的自旋扭矩鐵磁共振（ST-FMR）出現(xiàn)sin2φ響應(yīng)（φ為外磁場(chǎng)相對(duì)電流的夾角）；諧波霍爾電壓響應(yīng)（HHVR）出現(xiàn)面內(nèi)角度不依賴(lài)響應(yīng)；均勻垂直磁矩出現(xiàn)零磁場(chǎng)電流翻轉(zhuǎn)。該一發(fā)現(xiàn)意味著在通過(guò)自旋扭矩鐵磁共振、諧波霍爾電壓響應(yīng)和磁矩翻轉(zhuǎn)等手段判定垂直自旋或其他自旋的出現(xiàn)及其產(chǎn)生的自旋軌道矩強(qiáng)度和各向異性等時(shí)都必須充分考慮擴(kuò)散電流及類(lèi)似電流非均勻性效應(yīng)的重要影響。例如，在低長(zhǎng)寬比或具有非對(duì)稱(chēng)電極形狀的條形器件時(shí)（如圖1（a）所示的2端ST-FMR器件），忽略該垂直有效場(chǎng)將導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤的自旋軌道矩?cái)?shù)值和各向異性結(jié)論。

該工作發(fā)表在美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)（AIP）旗艦期刊Applied Physics Reviews，入選期刊“研究亮點(diǎn)（Featured Article）”并被美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)科學(xué)之光Scilight專(zhuān)題報(bào)道。朱禮軍研究員為通訊作者，劉前標(biāo)博士為第一作者。該工作得到了中科院B類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的支持。

論文全文鏈接：Qianbiao Liu, Lijun Zhu*, Current-induced perpendicular effective magnetic field in magnetic heterostructures, Appl. Phys. Rev. Appl. Phys. Rev. 9, 041401 (2022)。
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