AU/TMDS/NIハイブリッド構造でのスピン軌道トルクとフィールドフリースイッチングの強化

スピン軌道トルク（SOT）は、スピントロニックロジックおよびメモリデバイスで重要な役割を果たします。ただし、重量金属メフル磁石の二重層のスピンホールの角度とSOT対称性が限られているため、SOT効率と全電気磁化操作がさらに改善され、課題のままです。ここでは、大規模なスピン軌道カップリングを伴う2次元遷移金属ジチャルコゲニド（2D TMD）を挿入することにより、AUベースの磁気構造におけるSOT効率と全電気スイッチングの強化を報告します。TMDスペーサーインサートを使用すると、界面軌道ハイブリダイゼーション、修正スピンミキシングコンダクタンス、軌道電流により、ダンピングのような様子とフィールドのようなソットの両方が改善され、型にはまらない平面外ダンピングのようなSOTが誘導されます。さらに、電流誘導フィールドフリー磁化スイッチングは、Au/WTE2/NIおよびAU/MOS2/NIデバイスで実証されており、複数の中間状態を示し、電流によって効率的に制御できます。私たちの結果は、トルクを増加させ、神経型コンピューティングのためのスピトロニックデバイスで2D TMDの適用を拡張するためのパスを開きます。

Spin-orbit torque (SOT) plays a significant role in spintronic logic and memory devices. However, due to the limited spin Hall angle and SOT symmetry in a heavy-metal-ferromagnet bilayer, further improving SOT efficiency and all-electric magnetization manipulation remain a challenge. Here we report enhanced SOT efficiency and all-electric switching in Au based magnetic structures, by inserting two-dimensional transition metal dichalcogenides (2D TMDs) with large spin-orbit coupling. With the TMD spacer insert, both damping-like and field-like SOTs are improved, and an unconventional out-of-plane damping-like SOT is induced, due to the interface orbital hybridization, modified spin-mixing conductance and orbital current. Moreover, current induced field-free magnetization switching is demonstrated in Au/WTe2/Ni and Au/MoS2/Ni devices, and it shows multiple intermediate states and can be efficiently controlled by an electric current. Our results open a path for increasing torques and expand the application of 2D TMDs in spintronic devices for neuromorphic computing.