作者:RIKEN 图1: RIKEN物理学家展示了一种新的方法来电控制(用E表示)铁磁层(灰色带)的磁化强度(M)
它包括将轨道角动量(左，红色箭头)从非磁性层(橙色带)注入铁磁层，从而产生轨道转矩(OT)，进而旋转磁化强度
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一个
美国物理学会版权所有 由于RIKEN物理学家的观察，创新的磁性纳米器件的发展离现实更近了一步，这种旋转可以在由轻元素组成的材料中实现
利用电流转动旋转机械零件的能力导致了电动机的发展，并引起了电气设备的爆炸
现在，物理学家正试图在纳米尺度上做同样的事情
然而，创新磁性纳米器件的发展需要高效的旋转或扭矩发电
通常，在磁性系统中，通过利用重金属层的强自旋-轨道相互作用将电荷转化为自旋来产生扭矩
产生的自旋电流然后被注入相邻的铁磁层
但是重元素材料通常与可扩展的生产工艺不兼容，并且它们的高电阻使得它们不适合某些应用
最近的一项理论建议认为，扭矩可以通过向铁磁层注入轨道角动量来产生
轨道角动量可以通过让电流流过发光元件材料来产生
然后它可以通过铁磁层的自旋轨道相互作用转化为自旋
这种类型的扭矩称为轨道扭矩，其大小与自旋注入产生的扭矩相似
现在，Kim Junyeon、YoshiChika Otani和RIKEN紧急事件科学中心的同事以及国际合作者已经在由铁磁层、铜层和氧化铝(Al2O3)层组成的三层系统中实现了如此高效的扭矩产生
在这个系统中，轨道角动量在铜-氧化铝界面产生，然后由铜层传输到铁磁层，在那里它被转换成自旋
虽然该系统的扭矩产生效率可与含重元素的材料相媲美，但其基本物理原理却有着根本的不同
研究小组发现，当使用不同的铁磁层时，扭矩产生效率相差两个数量级
这与自旋注入系统的行为非常不同，证实了一种新型的扭矩在起作用
CoFe/Cu/Al2O3三层体系——给出最佳结果的体系——显示出有效的自旋霍尔电导率，该电导率与扭矩产生效率成正比，比在重元素材料中观察到的电导率大十倍
这种出色的自旋传导性将转化为高能效的设备运行和高循环能力，这要归功于更低的废热产生
这些结果拓宽了磁性纳米器件的材料选择，保证了显著的效率和大规模生产的可能性
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