近日，我院胡季帆教授团队利用离子液体门电压控制氢离子在重金属铂表面的吸附和解吸，实现了对铂钴体系自旋霍尔效应（自旋霍尔角）的可逆非易失性操控。相关研究成果以“Electrical control of spin Hall effect in Pt by hydrogen ions adsorption and desorption”为题发表在《ACS Nano》期刊上。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c04297
目前限制自旋轨道转矩器件应用的瓶颈在于自旋流或自旋轨道转矩的产生效率仍然较低且难以调控，器件的能耗仍然偏高。近年来，在对更高性能的追求下，出现了许多关于自旋轨道转矩调制的实验工作，例如，通过退火、引入不同插层、界面氧化和应变调控来调制自旋轨道转矩。然而，所有上述方法，一旦薄膜和器件制备完成便无法再实现自旋轨道矩的可逆操控。 利用电场手段调控自旋轨道矩具有动态调控、可逆性好和能耗低的优势，对于开发高性能自旋电子学存储器和逻辑器件至关重要。
研究团队使用 H2O 掺杂的离子液体门电压实现了对重金属铂自旋霍尔效应的可逆和非易失性操控，获得了自旋霍尔角近50%的大范围调控。结合实验和理论研究发现，自旋霍尔角的变化与正负电压下氢离子在金属铂表面上的吸附与脱附密切相关，表面吸附了氢离子的铂具有显著增强的自旋霍尔电导率。研究还发现，铂自旋霍尔角的提高有利于能够大大降低驱动畴壁运动的临界电流密度，对于降低赛道存储器件的能耗具有实际意义。这些结果不但为电荷-自旋电流转换的动态控制提供了一种方法，还有望推动离子型自旋电子器件的发展。
博士生褚瑞月为文章第一作者，崔彬和胡季帆教授为文章共同通讯作者。文章的合作者还有青年教师刘亮、博士生刘伟康、安泰宇、任雪、苗停停和青年教师成彬。山东大学是唯一完成单位。该工作得到国家自然科学基金项目、国家海外高层次青年人才计划和山东大学齐鲁青年学者配套经费的资助。
