飞速发展的自旋电子学技术旨在研究高速、低功耗的电子元器件，与传统电子学利用电子的电荷相比，自旋电子学利用电子的自旋作为信息传输载体，在纯自旋流的情况下，传输通道没有耗散，即不会发热；同时，得益于自旋相干效应，信息具有很快的传输速度。当今自旋轨道矩（SOT）材料的研究主要集中在过渡金属及其合金以及拓扑绝缘体。过渡金属氧化物是一个很大的材料体系，有着丰富的物理性质，比如强的自旋轨道耦合效应（SOC）和不可忽略的电子关联作用。系统研究过渡金属氧化物体系的SOT不仅具有重大的学术价值，也可能为以后的市场应用做铺垫。2019年新加坡国立大学陈景升教授团队，在SrRuO3(SRO)/SrIrO3(SIO)异质结中首次实现了全氧化物的电流驱动磁化翻转。然而，该体系中SRO材料的居里温度仅为160 K，严重限制了异质结在自旋电子学器件中的实际应用。
近日，山西师范大学许小红教授团队与新加坡国立大学陈景升教授团队合作，利用脉冲激光沉积系统设计并制备了高质量的La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)/SIO异质结，其中LSMO层具有高于室温的居里温度，SIO层具有很强的SOC作用，可以在通电流的情况下产生非平衡的自旋积累，并以自旋电流的方式进入相邻LSMO磁性层产生SOT效应。他们利用衬底的面内晶格常数差异，实现了LSMO层磁化易轴在面内方向的调控，进一步通过输入电流方向控制SOT实现了面内不同方向的磁化方向定向反转。此外，通过二次谐波方法，该团队测定了LSMO/SIO体系在室温下SOT转换效率高达0.15，超过了金属异质结的对应值。该工作首次在氧化物异质结实现了室温下电流驱动磁化翻转，很好地拓宽了SOT器件的材料范围，在低功耗自旋电子器件方面有很好的应用前景。
相关成果以《Room-temperature spin-orbit torque switching in a manganite-based heterostructure》为题发表在Phys. Rev. B, 105, 144419 (2022)。
图：(a) LSMO/SIO异质结中面内(100)和(010)方向的磁滞回线，(b)剩余磁化强度随角度的变化，(c)磁化翻转测试示意图，(d)霍尔电阻随外加磁场的变化，(e-f)外加磁场和电流诱导的磁化翻转测试。
