磁近邻诱导的CaRuO3强自旋轨道耦合室温铁磁相

日期： 2024-12-17

浏览次数: 77

来源：中国科学院物理研究所

利用自旋轨道矩（SOT）将电荷流转换成自旋流从而实现电控磁是自旋电子学的核心问题。目前的SOT器件主要利用的是强自旋轨道耦合（SOC）非磁重金属材料的自旋霍尔效应。自旋霍尔效应要求电荷流传输方向、自旋流传输方向以及自旋极化方向满足相互正交的几何构型。该构型的限制使得对垂直磁矩进行翻转时必须施加额外的面内辅助磁场，从而导致了功耗的增加且制约了器件的小尺寸化。近期的理论和实验研究均指出，铁磁材料的反常霍尔效应也可以产生自旋流，且其自旋取向可受外场调控。

相较于传统的非磁性重金属，同时具有强SOC与铁磁性的材料将有望提高SOT器件的转换效率。然而，天然具有强SOC与铁磁序的材料较为罕见。在过渡金属氧化物中，4d/5d族氧化物具有较大的SOC，然而其电子能带的扩展减弱了电子关联性，通常表现为顺磁性。SrRuO3是唯一同时具有强SOC与铁磁性的氧化物，但是其居里温度只有160K远低于室温，制约了其在实际器件中的应用。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M03组近年来致力于氧化物异质界面物性设计及调控方面的研究工作。最近，该组博士研究生郑洁在陈沅沙副研究员、孙继荣研究员的共同指导下，联合物理所朱涛研究员，松山湖材料实验室张静副研究员，将室温铁磁性氧化物La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO)与强SOC顺磁氧化物CaRuO3 (CRO)组合构成人工超晶格，利用界面磁邻近效应成功构筑了一种具有强SOC的室温铁磁界面相。谱学与极化中子反射分析显示，CRO/LSMO界面强烈的Ru向Mn电荷转移导致Ru/Mn离子产生反铁磁超交换耦合，从而诱导出一种新的界面铁磁相。该强SOC铁磁界面相使得CRO/LSMO超晶格的反常霍尔电导与反常霍尔角在150K-300K温区出现明显增强。与应用最广的室温铁磁性氧化物 LSMO 单层膜相比，CRO/LSMO超晶格样品的反常霍尔电导率

（或反常霍尔角）在150K时提高了30（或 31）倍，在300K时提高了10（或3）倍。这项工作展示了一种在具有强 SOC 的重过渡金属氧化物中诱导铁磁性的独特方法，为发展全氧化物自旋电子器件提供了新的思路。

本研究的相关内容以“Room-Temperature Ferromagnetism with Strong Spin−Orbit Coupling Achieved in CaRuO3 Interfacial Phase via Magnetic Proximity Effect”为题发表在《ACS NANO》上。M03组博士生郑洁与松山湖材料实验室张静副研究员为该论文的共同第一作者，通讯作者为陈沅沙副研究员，朱涛研究员和孙继荣研究员。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委项目、中国科学院战略性先导科技专项和中国科学院重点项目的支持。该工作的谱学实验测量在大科学装置上海同步辐射光源BL07U与BL08U1A线站上完成。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c10014

上一篇：西澳州艾雷隆铌稀土矿钻探进展下一篇：上海市稀土协会参加中国稀土行业协会光功能材料分会年会

Hot News / 相关推荐

张文雄课题组与合作者发现稀土介导的苯环开环复分解反应

2025 - 01 - 21

点击次数: 11

来源：北京大学化学与分子工程学院北京大学化学与分子工程学院张文雄课题组近期在《美国化学会志》（Wei Liu, Ping Wu, Yibo Liang, Junnian Wei, Gen Luo*, Wen-Xiong Zhang,* J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 1300-1306）上以全文形式发表一篇题为“Rare-Earth Metal-Enabled Ring-...

国家重点实验室姚娜博士/材料学院王星博士在《Advanced Functional Materilas》上发表重要成果

2025 - 01 - 21

点击次数: 11

来源：武汉纺织大学近日，省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士团队姚娜博士/材料学院王星博士在碳纤维上生长的氧析出催化剂的制备领域取得重要进展，通过开发一种掺杂不同 3d-orbital 原子 M（V、Ni、Zn、Mn）的 CoMoOx 系统，研究氧空位（VO）的形成和稳定及其在 OER 性能中的关键作用。原位和非原位测量以及理论计算表明，掺入 V 会调整 CoMo-d 和 ...

发现超低温巨大稀土磁热材料

2025 - 01 - 21

点击次数: 10

来源：中国科学院物理研究所随着氦气资源的日益短缺以及低温制冷在空间应用、量子技术和前沿科学研究中的广泛应用，低温制冷技术的重要性不断增强。绝热去磁制冷技术（Adiabatic Demagnetization Refrigeration，ADR）基于材料的磁热效应（Magnetocaloric effect，MCE），提供了无需使用稀缺3He、4He达到亚开尔文温区的有效解决方案。其中，材料的磁熵变...

西北工业大学栾新刚、董喜超/厦门大学余兆菊：先驱体转化法制备SiHfBCN陶瓷涂层及其高温导电性能研究

2025 - 01 - 17

点击次数: 162

来源：清华大学出版社无线声表面波（SAW）传感器在原位实时监测和准确评估高温部件的健康状况方面具有巨大潜力。作为 SAW 传感器核心单元的薄膜电极要求具备出色的高温导电性、稳定性和抗氧化性。我们采用先驱体转化陶瓷的方法，在 YCa4O(BO3)3/BN 衬底上制备了光滑致密的 SiHfBCN 陶瓷涂层。测试1200 °C热解的 SiHfBCN 陶瓷涂层1200℃高温电导率达到291.55...