来自轨道霍尔效应的自旋电流和磁阻的制作方法

发明领域本发明涉及自旋传输电子学领域，并且特别地涉及与轨道霍尔效应相关联的轨道电流到自旋电流的转换。

背景技术：

0、发明背景

1、自旋传输电子学(也称为自旋电子学(spin electronics)或自旋电子学(spintronics))领域具有许多实际应用，其非限制性示例包括用于读取磁编码数据存储介质的磁阻器件；以及用于计算机的磁阻随机存取存储器。

2、自旋霍尔效应(she)已被用于在各种自旋电子学应用中电操纵电子自旋。自旋电流涉及本征电子自旋的对准，并具有指定的取向。表现出强烈she行为的值得注意的材料是重金属。

3、目前，自旋霍尔效应器件依靠重金属来提供自旋电流。然而，在一些情况下，期望通过利用普通金属在器件中提供自旋电流来减少对重金属的依赖，同时减少所需重金属的程度。本发明的实施例实现了这个目标。

技术实现思路

0、发明概述

1、本发明的实施例提供了用于基于独立于重金属中自旋霍尔效应(she)的自旋电流相互作用来感测和操纵磁场的器件。根据本发明的各种实施例，通过转换由普通金属中的轨道霍尔效应(ohe)产生的面外(out-of-plane)轨道电流来生成自旋电流。ohe不依赖于自旋-轨道耦合，且轨道电流是在普通金属中产生的。

2、在本文中术语“重金属”表示具有5d电子壳层的金属元素，特别包括但不限于：铂(pt)；钨(w)；和钽(ta)。相反，在本文中术语“普通金属”表示缺少5d电子壳层并且具有至多3d或3d/4d电子壳层，或者完全缺少d支壳层的金属元素。普通金属特别包括但不限于：铜(cu)；和铝(al)。重金属表现出强烈的自旋-轨道耦合(soc)，而普通金属表现出弱的自旋-轨道耦合。

3、轨道电流涉及原子电子轨道运动的对准，而与电子的本征自旋不同。轨道电流具有指定的取向。本发明的实施例经由覆盖普通金属平面部件的重金属薄层(通常只有几个原子层厚(在纳米范围内))提供从轨道电流到自旋电流的转换，从而通过用普通金属替换大部分重金属而显著减少重金属需求。在本文中术语“覆盖”表示薄层邻接金属平面部件的表面并与其电接触。如本文所公开的，根据本发明的器件的非限制性应用包括用于检测和测量磁场的磁阻传感器，以及磁隧道结数据存储。

4、在本文中“电荷电流”是指如在普通电路中遇到的导体中的电荷流动。

5、因此，本发明的实施例通过利用普通金属提供轨道电流，然后使用最小程度的重金属将轨道电流转换为自旋电流，从而显著减少了对重金属的需求。

6、因此，在本发明的实施例中，提供了一种用于生成自旋电流的器件，该器件包括：(a)平面部件，其用于经由在平面部件内流动的面内电荷电流的轨道霍尔效应(ohe)生成面外轨道电流，(b)其中平面部件基本上由缺少5d电子壳层的普通金属构成；(c)与平面部件的表面电接触的重金属层，其用于将面外轨道电流转换为面外自旋电流，(d)其中重金属具有5d电子壳层。

技术特征：

1.一种用于生成自旋电流的器件，所述器件包括：

2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述普通金属选自由以下项组成的组：铜；和铝。

3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述重金属选自由以下项组成的组：铂；钨；和钽。

4.根据权利要求1所述的器件，还包括：

5.根据权利要求1所述的器件，还包括：

技术总结
基于独立于重金属中的自旋霍尔效应(SHE)的自旋电流相互作用来感测和操纵磁场的器件。自旋电流是通过由轨道霍尔效应(OHE)引起的面外轨道电流的转换在普通金属中生成的。从轨道电流到自旋电流的转换发生在薄重金属层(几个原子层厚)中，因此通过用普通金属替换重金属，大大减少了对重金属的需求。器件应用包括用于检测和测量磁场的磁阻传感器，以及磁隧道结数据存储单元。

技术研发人员：颜丙海,肖杰文
受保护的技术使用者：耶达研究与发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12