AM: 大面积II型Dirac半金属PtTe2中的高自旋霍尔电导率

小向日葵

2020-03-18

通过电流感应的自旋轨道转矩（SOT）操纵磁化对自旋电子学应用非常重要，因为它具有节能和高速运行的优点。 SOT应用的理想材料应具有高电荷自旋转换效率和高电导率。近来，过渡金属硫属化物（TMDs）因其在自旋-轨道耦合，电导率和能带拓扑中的可控性而成为引起人们关注的SOT研究焦点。尽管TMDs在SOT应用中显示出巨大的潜力，但研究仅限于尺寸小且电导率相对较低的机械剥离样品。有鉴于此，中国科学院物理研究所的于国强研究员开发了可以制造大面积PtTe₂薄膜（一种II型狄拉克半金属）的新方法，以研究其产生SOT的能力。

本文要点

 1）首先通过磁控溅射系统在Si / SiO₂晶片上制备大面积厚度为0.5-4 nm的Pt薄膜。然后，通过在约460°C的碲蒸气中退火将Pt薄膜转变为均匀的PtTe₂薄膜。

2）基于PtTe₂的器件的SOT效率（对于5 nm厚的PtTe₂层为0.09–0.15）比4 nm厚的Pt对比样的SOT效率高1.5–2倍。在目前报道的所有TMD中，PtTe₂的自旋霍尔电导率（0.2-2×105 ℏ/ 2e (Ωm)^-1）为最大，与Pt和拓扑绝缘体的自旋霍尔电导率相当。利用PtTe₂的高SOT，我们进一步实现了PtTe₂ / Au / CoTb器件中垂直磁化的有效切换。

3）这项工作为在晶片级自旋电子器件应用中采用类似PtTe₂的TMD铺平了道路。

Hongjun Xu et al. High Spin Hall Conductivity in Large-Area Type-II Dirac

Semimetal PtTe₂. Adv. Mater. 2020, 2000513.

DOI: 10.1002/adma.202000513

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202000513