Side-jump scattering enhanced spin Hall effect in SrTiO3-implanted Pt

自旋霍尔效应 凝聚态物理 自旋电子学 旋转泵 霍尔效应 材料科学 散射 异质结 拓扑绝缘体 铁磁性 自旋极化 电阻率和电导率 物理 光学 量子力学 电子
作者
Zijin Lin,Xinkai Xu,Lei Zhang,Junwen Wei,Zhiyong Zhong,Xiaoli Tang,Lichuan Jin
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:123 (11) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0159724
摘要

A spin Hall effect (SHE) enables the electrical generation and detection of spin currents for promising applications in spintronics, but heavy metals with low spin Hall angle θSH limit the development of SHE devices. In this work, we have introduced dielectric oxide material SrTiO3 into Pt by magnetron sputtering and measured the θSH on the NiCo/Pt1–x(STO)x heterostructure through spin-torque ferromagnetic resonance. Our results demonstrate that the maximum spin Hall angle in Pt0.98(STO)0.02 is 0.121 ± 0.003, which is approximately twice that of pure Pt (0.064 ± 0.003). Moreover, theoretical analysis has revealed that the spin Hall angle arises from a complementary interplay between intrinsic and extrinsic mechanisms, namely, the strong spin–orbit coupling in Pt for the intrinsic mechanism and side-jump scattering caused by scalar potential and lattice expansion at dielectric impurities for the extrinsic mechanism. This interplay significantly contributes to enhancing the spin Hall angle. This work demonstrates an effective strategy for fabricating high-performance spin Hall materials with low resistivity, large spin Hall angle, and excellent compatibility with semiconductor processes in low-power spin-torque devices.

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