（通讯员 何雄）近日，我校湖北省弱磁探测工程技术研究中心与电子薄膜与集成器件全国重点实验室合作，通过对重金属Pt自旋霍尔效应外禀机制的调节，发展出兼具高的自旋轨道力矩效率的新型Pt-GdOy纳米复合薄膜材料，并基于该材料制备出高效率和低功耗的自旋轨道力矩器件。
自旋轨道力矩(SOT)已成为操纵磁化翻转的有效方法，具有高效、稳定、功耗低等的天然优势，是研究下一代自旋逻辑和自旋存储的重要基础。近年来，基于自旋轨道力矩效应的新型磁随机存储器(MRAM)、逻辑器件以及高频器件受到了国际广泛关注，具有广泛的应用前景，然而，由于低单位偏置电流的类阻尼自旋轨道力矩(DL-SOT)效率,目前的SOT运行效率较低。
对此，寻找具有强自旋轨道耦合与高SOT效率的自旋霍尔材料，是构建低功耗自旋力矩器件的核心诉求，研究先后发现了包括重金属材料、拓扑绝缘材料、重金属合金材料等体系。其中，单质重金属材料如Pt、Ta、W等虽然具有良好的导电性，但其自旋霍尔角不够大，远达不到商用自旋轨道力矩器件的要求；拓扑材料如Bi2Se3、BixSe1-x等自旋霍尔角虽然很大，均大于1，然而拓扑材料很高的电阻率、COMS兼容性差、制备工艺复杂限制了其在SOT-MRAM中的应用。开发兼具巨大自旋霍尔角良好CMOS工艺兼容性优点的自旋霍尔材料依然是SOT-MRAM器件应用的国际难题。
针对上述问题，我校湖北省弱磁探测工程技术研究中心研究团队与电子科技大学、电子薄膜与集成器件全国重点实验室金立川研究团队合作，通过向重金属Pt引入稀土氧化物GdOy的方法增强自旋霍尔效应的外禀机制，制备出一组新型Pt-GdOy纳米复合材料，通过自旋力矩铁磁共振(ST-FMR)测试得到大的DL-SOT，其效率约为相同条件下的纯Pt的五倍，并将该纳米复合材料应用到SOT器件中去，显著的降低了SOT临界磁化翻转电流密度。这项关于 SOT 开关特性的系统研究表明，具有很高DL-SOT效率的Pt1-x(GdOy)x是一种极具吸引力的自旋电流源，可用于未来的 SOT 应用，并为调节自旋霍尔角提供了另一种思路。
相关研究成果以“Enhanced Spin-Orbit Torque Efficiency in Platinum-Gadolinium Oxide Nanocomposite Films”为题发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上（Top期刊, IF= 9.5），详见：https://doi.org/10.1021/acsami.4c02911。三峡大学理学院硕士研究生曲媛菁为文章第一作者，三峡大学鲁广铎副教授和电子科技大学金立川教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和四川省科技支撑计划等项目的支持。
