Field‐Free Perpendicular Magnetization Switching Through Topological Surface State in Type‐II Dirac Semimetal Pt3Sn

磁化 凝聚态物理 自旋电子学 Dirac(视频压缩格式) 材料科学 半金属 拓扑(电路) 自旋(空气动力学) 磁场 物理 铁磁性 量子力学 热力学 组合数学 带隙 中微子 数学
作者
Yunchi Zhao,Yi Zhang,Jie Qi,Yanzhe Zhao,He Huang,Guang Yang,Haochang Lyu,Bokai Shao,Jingyan Zhang,Guoqiang Yu,Hongxiang Wei,Shen Bao-Gen,Shouguo Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (18): e2418663-e2418663
标识
DOI:10.1002/adma.202418663
摘要

Abstract Spin‐orbit torque (SOT) induced by current is a promising approach for electrical manipulation of magnetization in advancing next‐generation memory and logic technologies. Conventional SOT‐driven perpendicular magnetization switching typically requires an external magnetic field for symmetry breaking, limiting practical applications. Recent research has focused on achieving field‐free switching through out‐of‐plane SOT, with the key challenge being the exploration of new spin source materials that can generate z ‐polarized spins with high charge‐to‐spin conversion efficiency, structural simplicity, and scalability for large‐scale production. This study demonstrates field‐free perpendicular switching using an ultrathin type‐II Dirac semimetal Pt 3 Sn layer with a topological surface state. Density functional theory calculations reveal that the unconventional SOT originates from a spin texture with C 3v symmetry, leading to significant z ‐polarized spin accumulation in the Pt 3 Sn (111) surface, enabling the deterministic switching of perpendicular magnetization. These results highlight the potential of Dirac semimetals like Pt 3 Sn as scalable and efficient spin sources, facilitating the development of low‐power, high‐density spintronic memory and logic devices.
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