通过低晶体对称的Weyl半金属NbIrTe4实现垂直磁化铁磁层的全电低功耗操控

背景:磁随机存储器（MRAM）凭借高密度、高速读写成为后摩尔时代的新兴存储技术。基于自旋轨道转矩（SOT）的MRAM通过自旋流操控磁矩翻转，具备高速低功耗优势。然而，传统自旋霍尔材料由于对称性限制，产生的面内自旋流无法直接实现垂直磁化铁磁层的确定性翻转，通常需要引入外加磁场或复杂结构，限制了器件的小型化和集成度。研究目的:本研究旨在利用低晶体对称性外尔半金属NbIrTe4产生的面外自旋流（z自旋），实现室温下垂直磁化铁磁层的全电学无场翻转，并探索其作为高效自旋源材料的潜力。结论:首次发现低晶体对称性Weyl半金属NbIrTe4可产生强的面外自旋流，成功在室温下实现垂直磁化的高效全电学无场翻转，临界翻转电流密度低至3.6 × 10⁶ A/cm²。NbIrTe4表现出0.0586的高面外转矩效率和2.61 × 10⁴ ħ/2e (Ω⁻¹m⁻¹)的面外自旋霍尔电导率，超过已报道的其他本征低对称材料。第一性原理计算揭示面外自旋极化是其高自旋霍尔电导的微观起源。该工作为开发超低功耗、全电学控制的下一代MRAM和SOT器件提供了重要的材料平台。