上海科技大学知识管理系统

镍氧化物（NiO）是一种被广泛应用的反铁磁材料，为自旋波、自旋塞贝克效应和光学激发等物理研究提供了理想平台。其相邻磁矩间反铁磁耦合，且交错反向排列。以往关于NiO（001）/Pt双层结构的研究主要集中在双轴各向异性及其在自旋轨道矩（SOT）诱导翻转中的作用。

本工作利用自旋轨道力矩，实现了三轴各向异性NiO（111）的无场确定性翻转。在本研究中我们构建了如图1（a）的三层器件结构。通过同时在顶层和底层施加两个相互垂直的电流Jc1和Jc2，产生自旋轨道矩，从而实现磁矩的调控。如图1（b）所示，两个电流产生的类阻尼力矩共同作用可以实现奈尔矢量从30°到150°的翻转。图1（c）和1（d）分别展示了磁矩m1和m2翻转的动态过程。我们发现，只有当Jc1 和Jc2 符号相反时，才能实现奈尔矢量的确定性翻转。反转任一电流（两个电流符号相同时）则不能实现翻转，此时磁矩保持在初始状态。研究还发现，类场力矩作用在相邻晶格上的方向相反，对翻转过程几乎没有影响。

本研究中定义的两种状态（30°和150°）可以通过自旋霍尔磁电阻（SMR）读取。参照图1（a）中显示的器件结构，当读取电流沿着φcurrent = 45°通过底部Pt层时，根据公式ρ = ρ0 + 0.5ρ1[(1−m1⋅tread) + (1−m2⋅tread)]，磁矩在30°和150°状态下的纵向电阻率会有所不同。因此，本研究实现了基于组合自旋轨道力矩的NiO（111）的无场翻转及读取，有望推动基于NiO的反铁磁存储器的发展。