Emergence of Huge Negative Spin-Transfer Torque in Atomically Thin Co layers

Authors : Soong-Geun Je (서울대), Sang-Cheol Yoo (서울대, KIST), Joo-Sung Kim (서울대), Yong-Keun Park (서울대, KIST), Joon Moon (서울대), Byoung-Chul Min (KIST), and Sug-Bong Choe (서울대)
Phys. Rev. Lett. 118, 167205 (2017). Published 20 April 2017. Designated as Editors’ Suggestion.

In the history of the current-driven magnetic domain wall motion, the direction of the motion have been a long-lasting debate. Recently, the observation of the built-in chiral Neel wall and the spin Hall current from the neighboring non-magnetic heavy metal are proposed and have been extensively studied. However, we demonstrate here that there exists another mechanism—the negative spin-transfer torque—that plays a major role in determining the direction of the domain wall motion. Moreover, the negative spin-transfer torque is found to be enhanced in atomically thin Co layers, and thereby overwhelm the spin Hall torque, as the thickness of the magnetic layer becomes atomically thin, highlighting the completely new features of the spintronics in the quasi 2-dimensional system. This finding indicates a new way to manipulate magnetic domain walls in these materials and promises the development of the future spintronic memory devices.

전류-인가 자구벽 운동 연구의 역사에서 자구벽 이동 방향에 대한 논란은 오랫동안 계속되어 왔다. 최근의 연구에서는 Dzyaloshinskii-Moriya 상호작용에 의한 Neel 자구벽 형성과 인접한 비-자성 금속에서 발생하는 스핀-홀 전류에 의한 자구벽 운동으로 방향성을 설명 가능하다고 여겨지고 있다. 그러나 본 연구에서는 자성 물질에서 일어나는 새로운 자구벽 구동력—negative spin-transfer torque—을 발견하였고 이것이 자구벽 운동의 방향 결정에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔다. Negative spin-transfer torque는 자성층의 두께가 단원자 수준까지 얇아 질수록 급격히 증가하는 것으로 관측되었는데, 준 2차원 자성 물질에서 일어나는 완전히 새로운 스핀트로닉스에 대한 연구를 촉발 시킬 것으로 기대한다. 아울러 이 구동력은 새로운 가능성을 제시함으로써, 차세대 스핀트로닉스 소자 구현에 기여할 것으로 기대한다.