新机制能够对磁性纳米器件中的磁化进行电气控制

由于 RIKEN 物理学家观察到一种可以在由轻元素组成的材料中实现的旋转，创新磁性纳米器件的开发离现实又近了一步。使用电流来转动旋转机械部件的能力导致了电动机的发展并引起了电气设备的爆炸。现在，物理学家正试图在纳米尺度上做同样的事情。然而，创新磁性纳米器件的开发需要高效的旋转或扭矩发电。

通常，通过使用重金属层的强自旋轨道相互作用将电荷转换为自旋，从而在磁系统中产生扭矩。然后将产生的自旋电流注入相邻的铁磁层。但是重元素材料通常与可扩展的生产工艺不兼容，并且它们的高电阻使其不适用于某些应用。

最近的一项理论提议表明，可以通过将轨道角动量注入铁磁层来产生扭矩。轨道角动量可以通过使电流通过轻元素材料来产生。然后可以通过铁磁层的自旋轨道相互作用将其转换为自旋。这种类型的扭矩称为轨道扭矩，它的大小可能与自旋注入引起的扭矩相似。

现在，Junyeon Kim、YoshiChika Otani 和 RIKEN 紧急物质科学中心的同事与国际合作者一起，在由铁磁层、铜层和氧化铝组成的三层系统中实现了如此高效的扭矩产生( Al 2 O 3 ) 层。

在该系统中，轨道角动量在铜-氧化铝界面处产生，然后由铜层传输到铁磁层，在那里它被转换为自旋。

虽然该系统的扭矩产生效率可与含有重元素的材料相媲美，但其基本物理原理却截然不同。该团队发现，当使用不同的铁磁层时，扭矩产生效率会发生两个数量级的变化。这与自旋注入系统的行为非常不同，证实了一种新型扭矩正在发挥作用。

CoFe/Cu/Al 2 O 3三层系统(提供最佳结果的系统)表现出有效的自旋霍尔电导率，该电导率与扭矩产生效率成正比，比在重元素材料中观察到的大十倍。由于产生的废热较少，这种卓越的自旋导电性将转化为节能的设备操作和高循环性。这些结果拓宽了磁性纳米器件的材料选择，有望显着提高效率和大规模生产的可能性。

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