Spin‐Orbit Torques and Spin Hall Magnetoresistance Generated by Twin‐Free and Amorphous Bi0.9Sb0.1 Topological Insulator Films

凝聚态物理 拓扑绝缘体 磁电阻 材料科学 自旋电子学 自旋霍尔效应 无定形固体 自旋极化 电子 铁磁性 物理 磁场 化学 结晶学 量子力学
作者
Federico Binda,Stefano Fedel,S. F. Alvarado,Paul Noël,Pietro Gambardella
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202304905
摘要

Topological insulators have attracted great interest as generators of spin-orbit torques (SOTs) in spintronic devices. Bi1 - x Sbx is a prominent topological insulator that has a high charge-to-spin conversion efficiency. However, the origin and magnitude of the SOTs induced by current-injection in Bi1 - x Sbx remain controversial. Here we report the investigation of the SOTs and spin Hall magnetoresistance resulting from charge-to-spin conversion in twin-free epitaxial layers of Bi0.9 Sb0.1 (0001) coupled to FeCo, and compare it with that of amorphous Bi0.9 Sb0.1 . We find a large charge-to-spin conversion efficiency of 1 in the first case and less than 0.1 in the second, confirming crystalline Bi0.9 Sb0.1 as a strong spin injector material. The SOTs and spin Hall magnetoresistance are independent of the direction of the electric current, indicating that charge-to-spin conversion in single-crystal Bi0.9 Sb0.1 (0001) is isotropic despite the strong anisotropy of the topological surface states. Further, we find that the damping-like SOT has a non-monotonic temperature dependence with a minimum at 20 K. By correlating the SOT with resistivity and weak antilocalization measurements, we conclude that charge-spin conversion occurs via thermally-excited holes from the bulk states above 20 K, and conduction through the isotropic surface states with increasing spin polarization due to decreasing electron-electron scattering below 20 K. This article is protected by copyright. All rights reserved.
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