早在1996年，John Slonczewski和Luc Berger就提出一個理論，即大密度電流可以驅動磁化翻轉，這被稱為自旋轉移矩（spin transfer torque）。該理論指出電荷的運動也可以影響自旋的取向。1998年，這個理論被實驗證實后成為了廣泛研究的熱點。與傳統(tǒng)的電子器件（通過操縱非磁性半導體中的電荷來處理信息）不同，自旋電子器件基于電子的自旋，提供了創(chuàng)新的解決方案。為了將自旋電子學納入現有的成熟半導體技術中，基于自旋的器件通常設計為具有磁性隧道結的核心結構，該結構可以應用到磁性隨機存取存儲器（MRAM）的生產工藝之中。

近日在Advanced Science期刊上發(fā)表的一篇高自旋軌道轉矩效率范德華異質結構的研究，對如何有效提高自旋軌道轉移矩(SOT)效率并盡可能降低臨界電流密度進行了進一步討論。

文中指出范德華異質結能夠在室溫條件下提供高性能自旋電子注入，并對關鍵性的拓撲絕緣體層的作用進行了詳細探討。通過其拓撲表面態(tài)自旋軌道鎖定增強了SOT自旋軌道轉移矩效率，同時拓撲表面態(tài)的低電導也有效抑制了通過體態(tài)拓撲絕緣體以及臨近的鐵磁金屬層的漏電流，從而保障了界面電荷-自旋轉換效率。

該工作由韓國浦項科技大學Jun Sung Kim，Gil-Ho Lee和三星先進技術研究院Won Joon Cho（共同通訊作者）等合作完成。研究團隊采用了由塊材絕緣TI Sn摻雜的Bi_1.1Sb_0.9Te₂S₁原子薄層和室溫鐵磁體Fe₃GaTe₂組成的vdW異質結，使TSS上的相對電流比提高到≈20%。

該研究工作運用Lake Shore 公司生產的M81-SSM多通道高精度低噪聲綜合電學測量儀，利用其精細電流及高靈敏度電表完成了大量電學輸運相關的測量。

圖 1. Sn-BSTS 和 Fe₃GaTe₂ 納米器件的器件構造和表征

圖 2. Fe₃GaTe₂ 塊狀晶體和原子級薄片的磁性能

圖 3. 通過二次諧波測量得出的電流感應SOT磁場

MeasureReady™ M81-SSM系統(tǒng)采用模塊化設計，并利用MeasureSync™自主研發(fā)信號同步技術實現信號源模塊和測量模塊的所有通道最高100kHz的信號實時同步。利用MeasureSync™技術M81系統(tǒng)可以在同一時間對所有通道進行采樣，確保在相同條件下對被測器件或樣本進行測試，獲得一致性的數據。

M81采用主機與模塊的搭配方案

M81主機是M81 SSM系統(tǒng)的核心。根據訂購的型號，儀器支持 2、4 或 6 個通道，分別包括 1、2 或 3 個信號源和 1、2 或 3 個測量單元。每臺 M81 儀器可管理 1 至 3 個信號源通道和 1 至 3 個測量通道，以便在單個測試序列中測試多個被測器件或樣品，而不會因線路復雜化和信號切換造成信號劣化。此外還可以將多臺儀器組合起來，進一步提高信號源和測量通道的能力，而不會降低模擬性能，同時利用 MeasureSync™ 對系統(tǒng)內所有信號通道進行定時同步。

M81主機

該主機以 MeasureReady™ 儀器平臺為基礎，采用圖形化觸摸屏界面進行編程控制和監(jiān)測。其符合人體工程學設計的前面板具有 TiltView™ 顯示屏，無論是在工作臺上還是安裝在機架上，都能獲得更佳的可視性。它還支持標準 LAN、USB 和 GPIB 通信。

M81-SSM采用主機和模塊搭配使用的方案，一個主機可以同時擴展至多3個源表模塊以及至多3個測量模塊，每個模塊均可以適配直流以及最高100kHz的測量范圍。具體有以下模塊可供選擇：

1.  VM-10 電壓測量模塊

該模塊提供分辨率從低納伏到 10 V 的直流至 100 kHz 電壓測量，包括振幅、相位和諧波檢測功能。專有的無縫量程技術允許在增減量程時進行連續(xù)測量。

VM-10 電壓測量模塊

2.  CM-10電流測量模塊

該模塊可在直流至 100 kHz 范圍內，以接近零的輸入偏移電壓測量 fA 至 100 mA 的電流，包括幅值、相位和諧波檢測功能。該模塊還具有可配置的硬件和軟件濾波功能。

CM-10電流測量模塊

3. BCS-10電流源模塊

該模塊提供 1 pA 至 100 mA 的可編程電流，最大符合 ±10 V 的直流輸出至 100 kHz 正弦輸出。BCS-10 源自 Lake Shore 業(yè)界先進的 372 型交流電阻電橋，采用差分或平衡設計，有助于減少或消除低溫恒溫器和其他研究設備中經常遇到的接地回路。它擴展了 372 型平衡源的功能，增加了可變頻率和振幅編程能力，在保持出色噪聲性能的同時，提高了靈活性。

BCS-10電流源模塊

4. VS-10電壓源模塊

該模塊可提供 ±1 nV 至 ±10 V 的可編程電壓，最大符合 100 mA 的直流至 100 kHz 正弦輸出。VS-10 適用于柵極偏置、電壓掃描 I-V 曲線剖析，以及需要高穩(wěn)定電壓并結合電流、電阻/電感和其他材料或電子器件測量的應用。

VS-10電壓源模塊

不同的模塊搭配也為不同應用場景提供了不同的解決方案，常見的測量搭配有：

二維材料，納米線，有機半導體 VS module + CM module, primarily I-V特性曲線，4引線法 M81優(yōu)勢：低電壓源噪聲，低電流測量噪聲
金屬-絕緣體相變，二維材料，超導材料 BCS module + VM module 交流電阻，表面電阻，交流霍爾 M81優(yōu)勢：交流電流霍爾：電阻和霍爾電壓的同步測量； 在不同頻率的超低溫恒溫器中同時測量多達三個器件
光電二極管和光電晶體管 CM module + occasionally VS module M81優(yōu)勢：可編程偏置電壓源
自旋輸運 DC/AC: BCS module + VM module M81優(yōu)勢：同步測量電阻、霍爾電壓和諧波霍爾電壓
MIS結、約瑟夫森結、晶體管中的缺陷表征 VS module + CM module M81優(yōu)勢：雙 DAC 交流和直流電源
熱電材料、一維材料 AC, BCS module + VM module M81優(yōu)勢：相位相關電流源，同步諧波檢測

綜合以上這些測量方案， M81-SSM 的強大功能不言而喻，能夠為廣大科研工作者提供表征多種測試結構（包括納米結構、單層和多層原子結構、MEM、量子結構、有機半導體和超導材料）的超卓解決方案。