飞速发展的自旋电子学技术旨在研究高速、低功耗的电子元器件，与传统电子学利用电子的电荷相比，自旋电子学利用电子的自旋作为信息传输载体，在纯自旋流的情况下，传输通道没有耗散，即不会发热；同时，得益于自旋相干效应，信息具有很快的传输速度。当今自旋轨道矩（SOT）材料的研究主要集中在过渡金属及其合金以及拓扑绝缘体。过渡金属氧化物是一个很大的材料体系，有着丰富的物理性质，比如强的自旋轨道耦合效应（SOC）和不可忽略的电子关联作用。系统研究过渡金属氧化物体系的SOT不仅具有重大的学术价值，也可能为以后的市场应用做铺垫。2019年新加坡国立大学陈景升教授团队，在SrRuO3(SRO)/SrIrO3(SIO)异质结中首次实现了全氧化物的电流驱动磁化翻转。然而，该体系中SRO材料的居里温度仅为160 K，严重限制了异质结在自旋电子学器件中的实际应用。
近日，银河集团:198net许小红教授团队与新加坡国立大学陈景升教授团队合作，利用脉冲激光沉积系统设计并制备了高质量的La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)/SIO异质结，其中LSMO层具有高于室温的居里温度，SIO层具有很强的SOC作用，可以在通电流的情况下产生非平衡的自旋积累，并以自旋电流的方式进入相邻LSMO磁性层产生SOT效应。他们利用衬底的面内晶格常数差异，实现了LSMO层磁化易轴在面内方向的调控，进一步通过输入电流方向控制SOT实现了面内不同方向的磁化方向定向反转。此外，通过二次谐波方法，该团队测定了LSMO/SIO体系在室温下SOT转换效率高达0.15，超过了金属异质结的对应值。该工作首次在氧化物异质结实现了室温下电流驱动磁化翻转，很好地拓宽了SOT器件的材料范围，在低功耗自旋电子器件方面有很好的应用前景。
相关成果以《Room-temperature spin-orbit torque switching in a manganite-based heterostructure》为题发表在Phys. Rev. B,105, 144419 (2022)。
图：(a) LSMO/SIO异质结中面内(100)和(010)方向的磁滞回线，(b)剩余磁化强度随角度的变化，(c)磁化翻转测试示意图，(d)霍尔电阻随外加磁场的变化，(e-f)外加磁场和电流诱导的磁化翻转测试。
