京都大學化學研究所與美國內布拉斯加大學林肯分校、NEC共同研究發現,交替磁性材料「銻化鉻(CrSb)」的自旋轉矩大小與方向會隨晶體方位改變,且此效應主要源自CrSb與鐵磁體體界面的晶體與界面對稱性。研究團隊以磁控濺鍍法製作可控制晶體方向的磊晶CrSb/鐵磁體異質結構,並加工為自旋轉矩鐵磁共振(ST-FMR)量測元件,分析不同晶向下的自旋轉矩特性。
結果顯示,CrSb呈現傳統自旋霍爾效應無法解釋的自旋轉矩,當電流方向相對於晶體軸改變時,非傳統方向的自旋極化分量及其大小也明顯變化。比較兩種不同晶面後,部分類阻尼自旋轉矩呈符號反轉現象,最大類阻尼自旋轉矩效率可與鉑(Pt)、鉭(Ta)等材料相匹敵。另外,對稱性分析結果指出,這些現象可由CrSb表面的C₂v點群對稱性所形成的「晶體學自旋轉矩」加以解釋。
進一步改變CrSb的膜厚後,自旋轉矩大小並無明顯改變,顯示上述非傳統自旋轉矩主要源自CrSb/鐵磁體界面,而非CrSb內部的自旋霍爾效應。此成果為利用晶體方位與界面對稱性調控自旋轉矩提供新途徑,未來可望應用於次世代自旋電子元件的開發。