Efficient conversion of orbital Hall current to spin current for spin-orbit torque switching

自旋霍尔效应 凝聚态物理 自旋电子学 轨道磁化 磁化 自旋(空气动力学) 物理 电流(流体) 铁磁性 自旋极化 磁各向异性 量子力学 电子 磁场 热力学
作者
Soogil Lee,Min‐Gu Kang,Dongwook Go,Do‐Hyoung Kim,Junho Kang,Taekhyeon Lee,Geunhee Lee,Jaimin Kang,Nyun Jong Lee,Yuriy Mokrousov,Sanghoon Kim,Kab‐Jin Kim,Kyung‐Jin Lee,Byong‐Guk Park
出处
期刊:Communications physics [Springer Nature]
卷期号:4 (1) 被引量:112
标识
DOI:10.1038/s42005-021-00737-7
摘要

Spin Hall effect, an electric generation of spin current, allows for efficient control of magnetization. Recent theory revealed that orbital Hall effect creates orbital current, which can be much larger than spin Hall-induced spin current. However, orbital current cannot directly exert a torque on a ferromagnet, requiring a conversion process from orbital current to spin current. Here, we report two effective methods of the conversion through spin-orbit coupling engineering, which allows us to unambiguously demonstrate orbital-current-induced spin torque, or orbital Hall torque. We find that orbital Hall torque is greatly enhanced by introducing either a rare-earth ferromagnet Gd or a Pt interfacial layer with strong spin-orbit coupling in Cr/ferromagnet structures, indicating that the orbital current generated in Cr is efficiently converted into spin current in the Gd or Pt layer. Furthermore, we show that the orbital Hall torque can facilitate the reduction of switching current of perpendicular magnetization in spin-orbit-torque-based spintronic devices.
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