利用hBN中的自旋集合对范德瓦尔斯自旋-轨道扭矩系统进行成像

《Nature Communications》：Imaging of a van der Waals spin-orbit torque system using spin ensembles in hBN

　　

摘要

最近，嵌入在二维（2D）范德华（vdW）晶体中的光学活性自旋缺陷已成为探索前沿材料科学的变革性量子传感平台。得益于其出色的固态集成性，这类自旋缺陷可以方便地被排列在目标材料的纳米尺度附近，为在vdW异质结构中实现微观自旋和电荷行为的原位量子传感带来了巨大潜力。在这里，我们报道了基于六方氮化硼的量子成像技术，用于研究全vdW自旋轨道扭矩（SOT）系统中的无场确定性磁切换和电流分布。通过观察室温下2D磁体Fe₃GaTe₂在不同SOT条件下的纳米尺度磁 stray field（磁杂散场）变化，我们展示了由于自旋取向、各向异性和焦耳热之间的相互作用，磁切换行为如何从确定性转变为随机性。微观磁学模拟很好地解释了我们的结果，揭示了类似场的SOT在抑制热波动驱动的随机切换和混沌多畴竞争中的作用。这种理解通过传统的传输测量方法难以获得，为下一代vdW自旋电子器件的材料设计、测试和性能评估提供了宝贵的见解。