Electric-field control of spin–orbit torque in a magnetically doped topological insulator

自旋电子学 磁化 凝聚态物理 物理 电场 材料科学 拓扑绝缘体 磁场 自旋极化 自旋霍尔效应 铁磁性 电子 量子力学
作者
Yabin Fan,Xufeng Kou,Pramey Upadhyaya,Qiming Shao,Lei Pan,Murong Lang,Xiaoyu Che,Jianshi Tang,Mohammad Montazeri,Koichi Murata,Li‐Te Chang,Mustafa Akyol,Guoqiang Yu,Tianxiao Nie,Kin Wong,Jun Liu,Yong Wang,Yaroslav Tserkovnyak,Kang L. Wang
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:11 (4): 352-359 被引量:257
标识
DOI:10.1038/nnano.2015.294
摘要

Electric-field manipulation of magnetic order has proved of both fundamental and technological importance in spintronic devices. So far, electric-field control of ferromagnetism, magnetization and magnetic anisotropy has been explored in various magnetic materials, but the efficient electric-field control of spin-orbit torque (SOT) still remains elusive. Here, we report the effective electric-field control of a giant SOT in a Cr-doped topological insulator (TI) thin film using a top-gate field-effect transistor structure. The SOT strength can be modulated by a factor of four within the accessible gate voltage range, and it shows strong correlation with the spin-polarized surface current in the film. Furthermore, we demonstrate the magnetization switching by scanning gate voltage with constant current and in-plane magnetic field applied in the film. The effective electric-field control of SOT and the giant spin-torque efficiency in Cr-doped TI may lead to the development of energy-efficient gate-controlled spin-torque devices compatible with modern field-effect semiconductor technologies.
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