文摘
轨道霍尔效应1指的是一代的电子轨道角动量流横向到外部电场。相反这一共识的轨道角动量是固体淬火,理论研究2,3预测轨道霍尔效应可以强壮,是一个自旋霍尔效应的根本来源4,5,6,7在许多过渡金属。尽管越来越多的间接证据8,9,10,11,它的直接检测仍然是难以捉摸的。在这里,我们报告的磁光观察轨道霍尔效应在金属钛(Ti)。克尔旋转的轨道磁矩积累在钛表面由于轨道霍尔电流测量,结果同意支持理论计算方法和轨道转矩12测量Ti-based磁异质结构。这个结果证实了轨道霍尔效应和表明,轨道角动量是一个重要的动态自由度固体。此外,这种呼吁重新研究轨道的影响等其他自由度旋转2,3,13,14,谷15,16,声子17,18,19和磁振子20.,21动力学。
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确认
H.-W.L.承认p·哈尼讨论晶体场效应的轨道放松。D.J.得到了全球博士奖学金项目由韩国国家研究基金会(批准号2018 h1a2a1060270)。D.J.,K.-H。金和H.-W.L.三星科技基金(ba - 1501 - 51)。Y.-G.C。,K.-H。Ko和G.-M.C.韩国国家研究基金会(2022 r1a2c1006504)。H.G.P.和B.-C.M. KIST机构支持的项目和韩国国家研究基金会(NRF)项目(2022 m3i7a2079267和2020 m3f3a2a01081635)。 C.K. was supported by the Institute for Basic Science in Korea (Grant No. IBS-R009-G2, IBS-R009-D1) and the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government (MSIT) (No. 2022R1A3B1077234). Device fabrication was supported in part by Advanced Facility Center for Quantum Technology at Sungkyunkwan University.
作者信息
作者和联系
贡献
Y.-G.C。,D.J.和K.-H。Ko了同样的工作。C.K.发起项目,H.-W.L. G.-M.C.监督这项研究。Y.-G.C.进行测量和分析的轨道积累Ti和Pt电影。K.-H。Ko进行测量和分析的轨道转矩钛/镍双分子层。D.J.和D.G.准备了一个笨人分析的理论公式。 D.J. carried out the tight-binding calculations of the spin and orbital Hall conductivities of bulk Ti, analysed the MOKE signals theoretically and calculated the current-induced torque in the Ti/Ni bilayer. K.-H. Kim calculated the effective orbital Hall conductivity of Ti. K.-H. Ko, Y.-G.C. H.G.P. and B.-C.M. fabricated samples and characterized their optical, electrical and magnetic properties.
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道德声明
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
同行评审
同行审查的信息
自然感谢匿名评论者对他们的贡献的同行评审工作。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然保持中立在发表关于司法主权地图和所属机构。
扩展数据数据和表
扩展数据图1钛薄膜的晶体结构。
XRDθ2θ扫描的Ti电影27的厚度(黑线),45(红线),63(蓝线),和90 nm(绿线)。XRD峰在38.4o和44.3o表明(111)和(200)峰的Ti的面心立方阶段,分别。
扩展数据图2磁光克尔效应的示意图说明设置电流注入。
Ti:蓝宝石激光生成一个探测光束,其红色三角形箭头指示方向。探测光束线性偏振的偏振方向平行的光表通过偏振器(Pol)。两个二向色镜(DM)用于光学成像CCD相机,删除。5分束器的探测光束反射(BS)和进入一个物镜(Obj)。偏心的光束转移发生率在物镜瞳孔的掠射角25o与年代极化。反射的探测光束再次收集物镜,并由另一个镜头集中在平衡探测器。在探测器前,光束通过四分之一波长板(QWP,只有虚部测量),半波板(HWP),沃拉斯顿棱镜(WP)。测量偏振旋转的减去在一双硅探测器输出电压,信号发送到锁定放大器。一个电流源生成一个交流电流,交流电流的极性是由计算机控制的自动控制继电器开关。参考信号的电流源发送到锁定放大器。
扩展数据图3克尔的纵向分解和极地组件的信号。
一个LMOKE信号,探测光入射角的依赖关系Ti 90海里的样本。\({\θ}_ {{\ rm {K}}} ^ {{\ rm {pos}} ({\ rm {neg}})} \)用黑色方块(红圈)表示正(负)发病率的克尔旋转角。b,分解极地(红圈)和纵向(黑眼圈)组件的LMOKE信号。红色和黑色圆圈表示的数据\(({\θ}_ {{\ rm {K}}} ^ {{\ rm {pos}}} +{\θ}_ {{\ rm {K}}} ^ {{\ rm {neg}}}) / 2 \)和\(({\θ}_ {{\ rm {K}}} ^ {{\ rm {pos}}} -{\θ}_ {{\ rm {K}}} ^ {{\ rm {neg}}}) / 2 \),分别。红色和黑色实线是奥斯特领域指南和平坦的信号分布,分别。
扩展数据图4的制造过程sap / Ti / Si(90海里)3N4(55纳米)/ Ti / Si(90海里)3N4(5 nm)设备。
一个蓝宝石衬底。b,溅射Ti / Si(90海里)3N4(5 nm)电影和做一个酒吧模式与光刻过程。c如果,溅射3N4(50 nm)电影块轨道电流。d溅射第二Ti(90海里)电影,使广场与电子束光刻岛。Ti沉积后,Si3N4(5 nm)也气急败坏的在设备上,防止氧化钛层顶部。e侧面的制造设备和测量方案。红色和蓝色箭头表示电子的轨道角动量。黑色的圆圈箭头是由于奥斯特的领域\ ({j} _ {{\ rm {c}}} \)。尽管当前轨道被厚厚的Si3N4层,奥斯特领域达到上钛层导致Oersted-field-induced净磁化。f的光学图像制作设备。
扩展数据图5的覆盖层影响克尔旋转。
current-induced克尔旋转(θK)(一个)蓝宝石衬底/ Ti / Si(90海里)3N4异质结构(5海里)和(b)蓝宝石衬底/ Ti(90海里)2O3(5 nm)异质结构。从单个元素钛层沉积目标使用直流溅射(纯度99.99%)。“社会党国际”3N4和艾尔2O3从复合目标层沉积(纯度为99.95%)使用射频溅射。黑色up-triangle和蓝色三角形θK与入射角度测量(ϕ)+ 25o−25o在英吉利海峡中心分别。电流密度的负号(jc)是通过转换的源极和漏极连接交流电流源。这个标志的逆转θK与入射角度表明±θK来自于y磁化分量。从线性的θK的函数jc,我们决定current-normalizedθK43.1±3 nrad和49.7±3 nradjc107一个厘米−2分别为(a)和(b)。
补充信息
补充信息
这个文件包含补充部分- 17,无花果,1-13和引用。
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崔,YG。乔,D。,Ko,KH.et al。观察轨道霍尔效应的光金属钛。自然619年52-56 (2023)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 023 - 06101 - 9
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