19、自旋轨道矩驱动的磁化翻转与畴壁运动

自旋轨道矩驱动的磁化翻转与畴壁运动

1. 纳米磁性与自旋电子器件中的扭矩效应

当电流 $\vec{j}$ 流经重金属/铁磁体/氧化物多层结构时，铁磁体的磁化强度 $\vec{M}$ 会受到两种扭矩的作用：一种是类场扭矩，形式为 $\vec{M} \times (\hat{z} \times \hat{j})$；另一种是阻尼类扭矩，也称为 Slonczweski 扭矩，形式为 $\vec{M} \times (\vec{M} \times (\hat{z} \times \hat{j}))$。若 $\vec{M}$ 变化不显著，这两种扭矩可表示为 $\vec{M} \times \vec{H} {eff}$ 的形式，其中 $\vec{H} {eff}$ 为有效场。

类场扭矩可表示为横向有效场 $\vec{H} {T} = (\hat{z} \times \hat{j})$，且与磁化方向无关；阻尼类扭矩可表示为纵向有效场 $\vec{H} {L} = \vec{M} \times (\hat{z} \times \hat{j})$，并随磁化方向的切换而改变符号。

不同多层结构中，横向和纵向有效场的大小有所不同，具体如下表所示：
| 多层结构 | 横向有效场 $\vec{H} {T}$（每 $10^7$ A/cm²） | 纵向有效场 $\vec{H} {L}$（每 $10^7$ A/cm²） |
| ---- | ---- | ---- |
| Ta/CoFeB/MgO（Ta 厚度 > 1nm） | 约为 $\vec{H}_{L}$ 的 3 倍 | - |
| Ta/CoFe