Highly Efficient Spin–Orbit Torque Switching in Bi2Se3/Fe3GeTe2 van der Waals Heterostructures

凝聚态物理 铁磁性 磁化 材料科学 拓扑绝缘体 自旋电子学 磁矩 异质结 磁场 物理 量子力学
作者
Mark Lohmann,Darshana Wickramaratne,Jisoo Moon,Mehmet A. Noyan,Hsun‐Jen Chuang,Berend T. Jonker,Connie H. Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (1): 680-690 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c09041
摘要

Topological insulators (TIs) have shown promise as a spin-generating layer to switch the magnetization state of ferromagnets via spin-orbit torque (SOT) due to charge-to-spin conversion efficiency of the TI surface states that arises from spin-momentum locking. However, when TIs are interfaced with conventional bulk ferromagnetic metals, the combination of charge transfer and hybridization can potentially destroy the spin texture and hamper the possibility of accessing the TI surface states. Here, we fabricate an all van der Waals (vdW) heterostructure consisting of molecular beam epitaxy grown bulk-insulating Bi2Se3 and exfoliated 2D metallic ferromagnet Fe3GeTe2 (FGT) with perpendicular anisotropy. By detecting the magnetization state of the FGT via anomalous Hall effect and magneto-optical Kerr effect measurements, we determine the critical switching current density for magnetization switching to be Jc ≈ 1.2 × 106 A/cm2, the lowest reported for the switching of a perpendicular anisotropy ferromagnet using Bi2Se3. From second harmonic Hall measurements, we further determine the SOT efficiency (ξDL) to be in the range of 1.8 ± 0.3 and 1.4 ± 0.08 between 5 and 150 K, comparable to the highest values reported for Bi2Se3. Our density functional theory calculations find that the weak interlayer interactions at the Bi2Se3/FGT interface lead to a weakened dipole at the interface and suppress the proximity induced magnetic moment on Bi2Se3. This enables direct access to the TI surface states contributed by the first quintuple layer, where the spins are singly degenerate with significant net in-plane spin polarization. Our results highlight the clear advantage of all-vdW heterostructures with weak interlayer interactions that can enhance SOT efficiency and minimize critical current density, an important step toward realizing next generation low-power nonvolatile memory and spintronic devices.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
cc发布了新的文献求助30
刚刚
烂漫的雅容完成签到,获得积分10
1秒前
阿猫完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
烯灯发布了新的文献求助10
2秒前
传奇3应助唐文硕采纳,获得10
2秒前
zzy加油发布了新的文献求助10
2秒前
默默曼安发布了新的文献求助10
2秒前
LL完成签到 ,获得积分10
2秒前
云浪之外完成签到,获得积分10
2秒前
walu发布了新的文献求助50
2秒前
椰汁发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
3秒前
fhz完成签到,获得积分20
4秒前
劲进发布了新的文献求助10
4秒前
完美世界应助李雯雯采纳,获得10
5秒前
Criminology34应助悦耳青曼采纳,获得10
6秒前
耍酷的甜瓜完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
神啊救救我吧完成签到,获得积分10
7秒前
liyuze完成签到 ,获得积分10
7秒前
7秒前
jl发布了新的文献求助10
8秒前
幽默不愁完成签到,获得积分10
8秒前
蟹老板完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
肖恩完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
11秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
11秒前
好的完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
12秒前
Harbour完成签到,获得积分10
12秒前
元谷雪应助优美紫槐采纳,获得10
12秒前
张悦林完成签到,获得积分10
12秒前
发酱完成签到,获得积分10
13秒前
千早爱音完成签到,获得积分10
13秒前
斯文败类应助高贵的傲菡采纳,获得10
14秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Basic And Clinical Science Course 2025-2026 3000
Encyclopedia of Agriculture and Food Systems Third Edition 2000
人脑智能与人工智能 1000
花の香りの秘密―遺伝子情報から機能性まで 800
Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 3rd Edition 400
Pharmacology for Chemists: Drug Discovery in Context 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5608504
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4693127
关于积分的说明 14876947
捐赠科研通 4717761
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2544250
邀请新用户注册赠送积分活动 1509316
关于科研通互助平台的介绍 1472836