Orbitales Drehmoment in magnetischen Bilayern

Der orbitale Halleffekt beschreibt die Erzeugung des orbitalen Stroms, der in senkrechter Richtung zu einem äußeren elektrischen Feld fließt, analog zum Spin-Halle-Effekt. Da der orbitale Strom das Drehmoment trägt, so wie es der Spin-Strom tut, kann die Einspeisung des orbitalen Stroms in ein Ferromagnet eine Drehmoment auf die Magnetisierung erzeugen, was eine Möglichkeit bietet, den orbitalen Halleffekt zu detektieren. Mit dieser Motivation untersuchen wir die strominduzierten Spin-Orbit-Drehmomente in verschiedenen Ferromagnet/Schwermetall-Bilayern durch Theorie und Experiment. Die Analyse des magnetischen Drehmoments zeigt das Vorhandensein des Beitrags des orbitalen Halleffekts im Schwermetall, der mit dem Beitrag des Spin-Halle-Effekts konkurriert. Insbesondere stellen wir fest, dass das Nettodrehmoment in Ni/Ta-Bilayern in der Vorzeichen entgegengesetzt zu den Vorhersagen der Spin-Halle-Theorie ist, aber stattdessen mit der orbitalen Halle-Theorie übereinstimmt, was unmissverständlich das durch den orbitalen Halleffekt erzeugte orbitale Drehmoment bestätigt. Unser Ergebnis eröffnet die Möglichkeit, den orbitalen Strom für spintronische Geräteanwendungen zu nutzen, und wird die Forschung zu spin-orbit-kopplten Phänomenen auf der Grundlage orbitaler Ingenieurkunst beflügeln.