MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017163069
■00520250211152131
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798383228258
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31483323
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aPatton,  Michael  Vincent.
■24510▼aEngineered  Spin  and  Orbital  Currents  in  Epitaxial  IrO2  Thin  Film  Heterostructures
■260    ▼a[Sl]▼bThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a107  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Eom,  Chang-Beom.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  Wisconsin  -  Madison,  2024.
■520    ▼aSpintronic  devices  that  utilize  the  spins  of  electrons  as  an  additional  degree  of  freedom  for  logic,  memory,  sensor,  and  other  technologies  are  a  promising  avenue  for  highly  efficient  low  power  consumption  electronics.  Understanding  the  relationship  between  the  crystal  structure  and  spin  transport  relationship  is  critical  for  developing  highly  efficient  spintronic  materials.  Additionally,  studying  orbital  current  may  be  just  as  important  for  technological  spintronic  advances  due  to  the  intricate  relationship  between  the  two  properties.  Many  different  material  platforms  have  shown  unique  spin  transport  phenomena  such  as  heavy  metals  (Pt,  W,  etc.)  for  highly  efficient  charge-spin  conversion,  low  symmetry  materials  such  as  transition  metal  dichalcogenides  and  antiferromagnets  for  unconventional  spin-orbit  torque,  and  light  metals  (Ti,  Cr,  etc.)  have  shown  large  orbital  currents  that  have  similar  properties  and  applications  as  spin  currents.  However,  studying  all  three  of  these  properties  and  the  relationship  to  crystallographic  symmetries  has  not  been  achieved  in  a  single  material  before.  In  this  thesis,  I  present  a  detailed  study  on  IrO2,  a  heavy  semimetal  oxide  demonstrating  large  spin-charge  conversion  and  is  able  to  generate  unconventional  spin  and  orbital  currents  making  it  an  ideal  platform  for  understanding  and  developing  next  generation  spintronic  devices.Crystal  symmetries  can  restrict  the  polarization  of  spin  currents  to  only  be  along  certain  directions.  However,  for  applications  such  perpendicular  magnetic  switching  that  requires  the  spin  to  be  polarized  out-of-plane,  high  symmetry  materials  won't  work.  We  show  that  using  epitaxial  design  in  higher  symmetry  materials,  where  the  crystal  orientation  and relative  crystal  symmetries  can  be  controlled,  can  lead  to  large  unconventional  spin-orbit  torques.  This  work,  discussed  in  Chapter  3  of  this  thesis,  highlights  which  crystal  symmetries  to  avoid  in  spintronic  materials  to  generate  unconventional  spin  currents  by  studying  IrO2  in  the  (001),  (110),  and  (111)  orientations.  Additionally,  we  can  predict  the  conventional  and  unconventional  spin  Hall  conductivity  for  any  orientation  (i.e.  (110),  (101),  (111))  with  high  accuracy  using  the  experimental  results  from  the  high  symmetry  orientations  (001)  and  (100).  This  work,  which  is  discussed  in  Chapter  4,  demonstrates  that  the  spin  Hall  conductivity  truly  is  an  intrinsic  property  of  IrO2  and  follows  the  crystalline  symmetries  as  we  would  expect,  which  has  not  been  demonstrated  before. Orbital  currents  have  recently  been  shown  in  several  material  platforms  including  light  element  metals  which  have  dominating  orbital  currents  compared  to  spin  currents.  However,  few  to  no  studies  have  looked  at  orbital  currents  in  materials  with  high  spin-charge  conversion.  Additionally,  no  studies  have  demonstrated  unconventional  orbital  currents.  We  show  evidence  for  large  conventional  as  well  as  unconventional  spin  and  orbital  currents  in  IrO2.  These  results,  discussed  in  Chapter  5,  agree  with  theoretical  calculations  and  demonstrate  the  interplay  between  spin  and  orbital  currents. Field-free  switching  of  perpendicular  magnetic  materials  has  promising  applications  for  highly  efficient  and  low  power  consumption  spintronics  devices.  Field-free  switching  have  been  achieved  in  low  symmetry  materials  such  as  antiferromagnets,  transition  metal  dichalcogenides,  magnetic  trilayers,  and  other  low  crystalline  symmetry  materials.  However,  the  z-spin  polarized  spin-orbit  torque  that  is  required  to  switch  out-of-plane  magnetic  moments  have  typically  been  small  leading  to  large  current  densities  which  is  a disadvantage  for  commercial  applications.  Chapter  6  demonstrates  field-free  perpendicular  magnetic  switching  using  IrO2(111)/[Pt/Co]N/Pt  heterostructures.  
■590    ▼aSchool  code:  0262.
■650  4▼aCondensed  matter  physics
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aElectromagnetics
■650  4▼aInorganic  chemistry
■653    ▼aEpitaxial  thin  films
■653    ▼aIridium  dioxide
■653    ▼aOrbital  hall  effect
■653    ▼aSpin  hall  effect
■653    ▼aSpintronics
■653    ▼aSpintronic  devices
■690    ▼a0794
■690    ▼a0611
■690    ▼a0488
■690    ▼a0607
■71020▼aThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼bMaterials  Science  and  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-01B.
■790    ▼a0262
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163069▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books