Evaluation of Spin-Orbit Torque Efficiency in Ta/CoFeB Bilayers with Out-of-Plane and In-Plane Magnetizations Using Harmonic Hall Measurements

Hongwon Jeon; Heungrae Cho; Seongjong Yoon; Gunwoo Jung; Daeun Woo; San Ko; So young Shin; Kab-Jin Kim; Byong-Guk Park; Soogil Lee

doi:10.4283/JMAG.2026.31.1.21

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저자정보: Hongwon Jeon (Gachon University) Heungrae Cho (Gachon University) Seongjong Yoon (Gachon University) Gunwoo Jung (Gachon University) Daeun Woo (Gachon University) San Ko (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)) So young Shin (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)) Kab-Jin Kim (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)) Byong-Guk Park (Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)) Soogil Lee (Gachon University)

저널정보: 한국자기학회 Journal of Magnetics Journal of Magnetics Vol.31 No.1

발행연도: 2026.3

수록면: 21 - 34 (14page)

DOI: 10.4283/JMAG.2026.31.1.21

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Spin-orbit torque (SOT) offers efficient magnetization control using spin currents generated by the spin Hall effect and/or the Rashba-Edelstein effect through charge-to-spin conversion. Quantitative evaluation of the SOT efficiency is crucial for understanding charge-to-spin conversion and optimizing energy-efficient spintronic devices. We evaluate the SOT efficiency in Ta/CoFeB bilayers with different magnetic anisotropies using harmonic Hall measurements, which allow the extraction of damping-like and field-like effective magnetic fields. From these measurements, the effective spin Hall angle, corresponding to the charge-to-spin conversion ratio, is determined to quantify the SOT efficiency. The effective spin Hall angles are found to be -0.052±0.002 and -0.052±0.004 for the up and down magnetization states of the perpendicularly magnetized sample, respectively, and -0.051±0.001 for the in-plane magnetized sample. These results demonstrate that the SOT efficiency remains nearly identical, irrespective of magnetic anisotropy, when the same spin-current source (a 4-nm-thick Ta layer) is employed.

#spin-orbit torque #spin Hall effect #harmonic Hall measurement #spin Hall angle

1. Introduction
2. The Effect of the Oscillatory Motion of Magnetization under Spin-Orbit Torque on Hall Resistances with an AC Current
3. Determination of the Effective Spin Hall Angle from Effective Fields
4. Effective Fields of SOT in PMA Systems
5. Effective Fields of SOT in IMA Systems
6. Conclusion
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