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操縱自旋流的極化方向是深入理解新型電荷-自旋轉(zhuǎn)換機(jī)制以及實(shí)現(xiàn)高效電控磁的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)材料體系中，自旋極化的調(diào)控面臨諸多挑戰(zhàn)，如材料的不均勻性、與工藝的兼容性以及器件擴(kuò)展性等。在此背景下，非共線交換彈簧作為一種新型磁結(jié)構(gòu)單元，為探索和實(shí)現(xiàn)可調(diào)控的自旋極化提供了新思路。

研究人員提出一種新型非共線交換彈簧磁結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由具有垂直磁各向異性的硬磁CoTb和面內(nèi)磁各向異性的軟磁Co薄膜的異質(zhì)堆疊構(gòu)成，通過(guò)界面磁耦合相互作用和磁各向異性競(jìng)爭(zhēng)，形成了磁矩從垂直到面內(nèi)連續(xù)過(guò)渡的非共線空間分布的交換彈簧磁結(jié)構(gòu)。電流通過(guò)自旋霍爾效應(yīng)產(chǎn)生y方向的自旋極化流，當(dāng)沿y方向極化的自旋流經(jīng)過(guò)非共線交換彈簧磁結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生自旋重取向，從而獲得x和z方向的自旋極化，進(jìn)而在室溫下實(shí)現(xiàn)零外場(chǎng)、全電學(xué)驅(qū)動(dòng)的垂直磁化翻轉(zhuǎn)。

這種非常規(guī)的自旋極化方向可以根據(jù)界面交換耦合的鐵磁性或反鐵磁性進(jìn)行調(diào)控，從而調(diào)控電控磁的翻轉(zhuǎn)極性。研究人員進(jìn)一步建立了自旋與非共線空間分布交換場(chǎng)相互作用的微觀理論模型，并通過(guò)微磁學(xué)模擬方法定性和定量分析了z-極化自旋驅(qū)動(dòng)的零外場(chǎng)確定性垂直磁化翻轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

該工作有望為下一代自旋電子器件的發(fā)展開(kāi)辟新途徑。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1002/adma.202414139