铂与钯在自旋电子器件中的理性选择：界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的优势分析

本文综述通过对比Pt/Co/Ir/Co/Pt与Pd/Co/Ir/Co/Pd异质结构的磁学特性，揭示了钯（Pd）基材料在自旋电子器件中的独特优势。研究发现，Pd/Co界面具有更强的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI，达5.6 erg/cm2）和垂直磁各向异性（PMA），其热磁翻转行为与Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）耦合的竞争关系显著区别于铂（Pt）基结构。结合布里渊光散射（BLS）技术，作者证实Pd基合成铁磁体更适用于依赖DMI效应的自旋轨道转矩（SOT）器件设计，为氢敏感元件和可电场调控自旋器件提供了新思路。

　　

Highlight

钯（Pd）与铂（Pt）的终极对决：自旋电子器件中的DMI战场

实验技术与样品

研究团队制备了两类核心样品：Ta(3.0 nm)/Pt(3.2 nm)/Co(1.0 nm)/Ir(1.4 nm)/Co(0.8 nm)/Pt(3.2 nm)（铂基组）与Ta(3.0 nm)/Pd(3.2 nm)/Co(1.0 nm)/Ir(1.4 nm)/Co(0.8 nm)/Pd(3.2 nm)（钯基组）。通过超导量子干涉仪（SQUID）和布里渊光散射（BLS）技术，系统比较了不同钴层厚度（t_Co=0.6-1.0 nm）和铱层厚度（t_Ir）下的磁动力学行为。

磁滞回线类型

铂基样品在SQUID测试中展现出四种稳定磁态（M₁-M₄），其交换偏置现象暗示各向异性势垒与RKKY耦合能量的激烈角逐。而钯基样品则表现出更"霸道"的磁各向异性，直接碾压了RKKY相互作用——这就像两个武林高手过招，铂基选手还在试探虚实，钯基选手已用内力震碎了对方的招式。

异质结构磁翻转的能量博弈

在垂直磁各向异性的合成铁磁体中，宏观自旋模型揭示了有趣的现象：钯基结构的DMI强度是铂基的2倍！这种压倒性优势源于Pd/Co界面更强的自旋-轨道耦合作用，就像给电子自旋装上了涡轮增压器。温度从2K升至300K时，钯基样品始终保持稳定的磁态切换序列，而铂基结构则出现"记忆混乱"。

结论

钯基异质结构凭借更高的DMI值（5.6 erg/cm²）和更优异的界面质量，成为自旋电子器件设计的首选材料。特别是对于需要DMI效应的应用场景（如拓扑磁孤子存储器），钯就像材料界的"六边形战士"。不过研究者也幽默地指出：铂在自旋轨道转矩（SOT）器件中仍是"多面手"，选择材料就像选咖啡豆——要按口味需求决定用醇厚的意式（Pd）还是均衡的美式（Pt）。