近日，我院安红雨教授团队在自旋电子器件中轨道力矩调控研究方面取得新进展。相关成果以“Orbital torque efficiency in Ni_xFe_1-x/Pt bilayers”为题发表在国际知名期刊Applied Physics Letters上，并入选期刊Editor’s Pick。深圳技术大学为论文唯一通讯单位，硕士研究生李佩欣为第一作者，王倩文助理教授为共同第一作者和通讯作者、安红雨教授为论文共同通讯作者。

图. Ni_xFe_1-x/Pt双层结构中的自旋力矩铁磁共振测试及阻尼类力矩效率随Pt层厚度变化关系和扩散模型拟合。

自旋电子学旨在突破传统微电子器件的功耗与速度瓶颈，开发非易失、高速、低功耗的新型存储与计算芯片，而自旋轨道力矩（SOT）是实现磁化状态电调控的核心技术。以往研究多聚焦于重金属的自旋霍尔效应（SHE），但近年来兴起的轨道霍尔效应（OHE）开辟了全新研究方向。轨道角动量可形成长程输运的轨道电流，进而产生轨道力矩，有望进一步降低器件工作功耗，成为下一代SOT-MRAM等存储器件的关键发力点。

区别于自旋轨道力矩主要由非磁金属的自旋霍尔角决定，轨道力矩的产生与调控高度依赖铁磁材料的电子结构、轨道磁矩与自旋轨道耦合作用。本研究以Ni_xFe_1-x/Pt双层结构为研究对象，通过调控Ni、Fe元素配比，深入分析合金组分、薄膜厚度对力矩效率的影响机制。利用扩散模型，研究团队成功将体系中自旋霍尔效应与轨道霍尔效应的贡献定量拆分。结果显示，不同FM/Pt体系中的自旋力矩贡献较为接近，而轨道力矩贡献对铁磁层材料高度敏感。其中，Fe/Pt的轨道力矩效率较Ni/Pt和Ni₈₀Fe₂₀/Pt显著提高，接近一个数量级，表明铁磁层选择及其与FM/Pt双层结构的匹配关系对轨道力矩调控具有关键作用。同时，本研究打破轨道力矩效率仅由铁磁材料轨道-自旋转化属性决定的单一认知，建立铁磁/非磁双层结构的界面匹配、轨道组态协同作用的关键作用，为异质结构设计提供了全新依据。

该研究通过铁磁层组分工程实现轨道力矩效率的大幅提升，提出了简单可行的材料优化方案，不仅深化了对轨道霍尔效应、轨道力矩物理机制的理解，也为低功耗磁存储器件设计以及新型轨道电子学器件开发提供了全新的实验基础和优化思路。

该研究得到了国家自然科学基金项目（Grant No. 52571262）、广东省基础与应用基础研究基金项目（Grant No. 2025A1515012499）和广东省教育厅重点项目（Grant No. 2023ZDZX3029）的支持。

论文链接：https://pubs.aip.org/aip/apl/article/128/22/222403/3393651/Orbital-torque-efficiency-in-NixFe1-x-Pt-bilayers