Model for multi-shot all-thermal all-optical switching in ferromagnets
全光磁开关（AOS）是近年来发现的一种丰富而又令人困惑的现象，具有广阔的技术应用前景。然而，对基本机制的基本理解仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个新的模型，多拍摄螺旋度依赖的AOS在铁磁材料的基础上，在磁圆二色性（MCD）的存在下，一个纯粹的热驱动机制。我们预测，AOS应该是可能的，只要0.5%的MCD，在最低数量的激光照射后。最后，我们通过模拟激光束在FePtC颗粒铁磁薄膜上的扫描，再现了以前的AOS结果。
2016-04-21 cond-mat.mes-hall
Switching of Co magnetization driven by antiferromagnetic-ferromagnetic phase transition of FeRh alloy in Co/FeRh bilayers
研究表明，在W（110）衬底上生长的Co/FeRh外延双层膜中，当FeRh层经历温度驱动的反铁磁-铁磁（AFM-FM）相变时，Co自旋在两个正交的面内方向之间可逆地切换. Co磁化的切换的特征在于由于在FeRh中AFM-FM转变的温度滞后的滞后行为。在AFM-FM过程中，Co的自旋重取向是由界面交换耦合到FeRh系统的演化驱动的。我们的研究结果提供了一种纯粹通过局部温度变化写入信息的新方法。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall
Symmetry-breaking effects on spin-orbit torque switching in ferromagnetic semiconductors with perpendicular magnetic anisotropy
本研究通过微磁模拟探究对称性破缺对垂直磁各向异性铁磁半导体中自旋轨道矩翻转的影响，揭示偏置场失准的扭曲效应及多种内禀因素可实现无场SOT翻转，为相关实验解释和自旋电子学发展提供支撑。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall
Coulomb blockade-tuned indirect exchange in ferromagnetic nanostructures
我们发展了一个铁磁-绝缘体-正常金属铁磁（FINF）纳米结构的磁态可逆开关的理论。通过调节正常金属颗粒上的栅极电压调节库仑阻塞强度来控制开关。所提出的机制允许在不使耗散电流通过结构的情况下实现切换。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall
Switching Energy of Ferromagnetic Logic Bits
开关器件中的功耗被认为是电子电路持续缩小的最重要的障碍。在这个时候有很多实验的努力来实现基于磁铁的开关电路，重要的是建立这样的电路的功率要求和它们对各种参数的依赖性。本文分析了单畴铁磁体作为可编程逻辑位在开关过程中所消耗的开关能量。我们得到通用的结果，可用于与替代技术的比较或指导基于磁铁的开关电路的设计。两个中心的结果成立。一个是，如果外部脉冲的斜坡时间超过临界时间，则开关能量显著下降。这种下降比电容器的绝热切换的正常预期更快地发生。另一个结果是，在允许逻辑操作的开关方案下，开关能量可以由快速和慢速极限中的单个方程描述。此外，这些通用的结果被用来定量地检查可能的操作频率和这些逻辑位的集成密度，这表明纳米磁体可以具有类似于CMOS技术的比例定律。
2009-07-24 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque switching without external field with a ferromagnetic exchange-biased coupling layer
通过自旋-轨道力矩（SOT）的垂直铁磁自由层的磁化反转是磁性随机存取存储器（MRAM）中自旋转移力矩（STT）切换的有吸引力的替代方案，其中写入过程涉及使高电流穿过磁阻隧道势垒。确定性SOT开关通常需要一个小的击穿偏置场，但在自旋电子学应用中从外部产生场是不切实际的。在这里，我们展示了强大的零场SOT开关的垂直Co 90 Fe 10（CoFe）自由层的对称性被打破的磁耦合到第二个面内交换偏置的CoFe层通过一个钌间隔。自由层的优选磁性状态由电流极性和层间交换耦合（IEC）的性质确定。我们的战略提供了一个可扩展的解决方案，以实现无偏置场的SOT开关，可以导致一代基于SOT的设备，结合高存储密度和耐久性与潜在的低功耗。
2015-11-18 cond-mat.mes-hall
Dynamics of Vortex Core Switching in Ferromagnetic Nanodisks
采用微磁学模型研究了具有单涡旋基态的纳米级坡莫合金盘中磁涡旋芯翻转的动力学过程。当具有适当强度和持续时间的平面内磁场脉冲施加到涡旋结构时，在原始涡核附近产生圆形涡和反涡。随后，涡旋-反涡旋对湮灭。在湮灭点产生自旋波，并通过整个元件传播;系统的松弛状态是具有切换涡核的单涡状态。
2006-11-25 cond-mat.mes-hall
Scaling the electrical current switching of exchange bias in fully-epitaxial antiferromagnet/ferromagnet bilayers
虽然反铁磁体（AFM）的电流操纵已经被证明，但研究AFM材料的程度受到限制，系统的实验很少，而且理解不深。我们比较了在AFM-Mn $_3A$ N/铁磁-Co $_3$ FeN双层膜中交换偏置场（$H_{ex}$）的电流开关。施加的脉冲电流可以相对于电流密度和FM层磁化来操纵$H_{ex}$，FM层磁化作为电流密度的函数以指数方式移位。我们发现，饱和电流密度和指数衰减常数$τ$与原子力显微镜Mn原子的本地矩增加。我们的研究结果突出了电流开关的$H_{ex}$，虽然它有一个近零的净磁化的AFM局部矩的效果，并可能提供一个简便的方法来探索电流操纵的AFM材料。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall
Magnetization reversal driven by low dimensional chaos in a nanoscale ferromagnet
高能效的磁化切换是非易失性磁存储和磁神经形态计算的核心问题。在过去的二十年里，几种有效的磁开关方法被证明是包括自旋力矩，磁电和微波辅助开关机制。在这里，我们报告了一个新的机制，引起磁开关的发现。我们的实验结果表明，低维磁混沌诱导的交变自旋力矩可以大大增加在纳米铁磁体的热激活磁开关的速率。这种机制在自旋力矩幅度上表现出明显的阈值特性，其效率随着自旋力矩频率的降低而增加。我们提出的分析和数值计算，定量地解释这些实验结果，并揭示了鞍平衡附近的低维磁混沌在提高开关率所发挥的关键作用。我们的工作揭示了在磁纳米系统的能量辅助切换中混沌和随机性之间的重要相互作用，并为提高自旋扭矩存储器和逻辑的能量效率铺平了道路。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall
Current-induced switching in single ferromagnetic layer nanopillar junctions
在室温和垂直于薄膜平面的低磁场作用下，对非对称Cu/Co/Cu单层磁性纳米柱的电流感生磁化动力学进行了实验研究.在使用纳米模板工艺产生的亚100 nm结中，观察到具有两个不同电阻值的半导体状态。在固定的应用领域的电流扫描揭示这两个电阻状态之间的滞后和突然的转变。电流引起的电阻变化为0.5%，比各向异性磁阻（AMR）效应大5倍。我们提出了一个实验获得的低场相图的电流感生磁化动力学在单铁磁层柱结。
2005-11-07 cond-mat.mes-hall
Optimal control of magnetization dynamics in ferromagnetic heterostructures by spin--polarized currents
研究了自旋极化电流通过自旋转移矩对铁磁-正常金属多层膜系统磁化强度的开关过程。我们使用自旋漂移扩散方程（SDDE）和Landau-Lifshitz-Gilbert方程（LLGE）来捕获异质结构的自旋密度和磁化强度的耦合动力学。推导出一个完全解析解的静态SDDE，我们得到一个准确的，强大的，快速的自洽模型的自旋分布和自旋转移力矩内一般铁磁/正常金属异质结构。利用最优控制理论，我们探讨了七层系统中分析器磁化的切换和反向切换过程。从高斯开始，我们确定了一个统一的电流脉冲轮廓，在指定的开关时间内完成这两个过程。
2010-10-06 cond-mat.mes-hall
Current-driven magnetization switching in a van der Waals ferromagnet Fe3GeTe2
最近发现的二维（2D）范德华（vdW）材料的铁磁性为具有优异性能的新型自旋电子器件提供了希望。然而，为了利用2D vdW磁体来构建自旋电子纳米器件，例如磁存储器，在有效地将磁化从一种状态电切换到另一种状态方面仍然存在关键挑战。在这里，我们设计了一个双层结构的Fe 3GeTe 2/Pt，其中的几层Fe 3GeTe 2的磁化强度可以有效地切换的自旋轨道转矩（SOTs）源于电流在Pt层中流动。使用谐波测量进一步定量表征对应于SOT的有效磁场。我们在二维vdW磁体中的SOT驱动的磁化切换的演示可以为在下一代自旋电子学应用中实现低维材料铺平道路。
2019-02-15 cond-mat.mes-hall
Polarisation-dependent single-pulse ultrafast optical switching of an elementary ferromagnet
在飞秒（甚至更快）时间尺度上对物质磁态的最终控制定义了未来信息技术最追求的范式转变之一。在这种情况下，超快激光脉冲发展成为非常有价值的刺激全光磁化反转亚铁磁和铁磁合金和多层膜，而这仍然是难以捉摸的基本铁磁体。在这里，我们表明，一个单一的激光脉冲与亚皮秒持续时间可以导致散装镍的磁化反转，在串联与预期的退磁。正如现实的时间相关的电子结构模拟所揭示的那样，中心机制是作用于磁化强度的超快光致扭矩，只有当激光脉冲在包含磁化强度初始取向的平面上圆偏振时，这种扭矩才有效。我们映射的激光脉冲参数空间，使磁化切换和揭示丰富的原子内轨道依赖的磁化动力学具有瞬态轨道间非共线状态。我们的研究结果为有效实现基于光学的自旋电子器件开辟了进一步的前景。
2021-04-28 cond-mat.mes-hall
All-optical switching in granular ferromagnets caused by magnetic circular dichroism
使用圆偏振飞秒激光脉冲的磁纪录是一种新兴技术，其允许比现有场驱动方法快得多的写入速度。然而，驱动铁磁体中磁化切换的机制尚不清楚。最近的理论表明，光与磁化介质的相互作用在介质内感应出光磁场，称为逆法拉第效应。在这里，我们表明，另一种机制，驱动的各向异性能垒和能量吸收的差异取决于极化的热激发，可以创建一个净磁化在一系列的激光脉冲在一个合奏的单畴晶粒。只有一个小的差异，需要达到实验观察到的磁化水平的吸收和模型不排除反法拉第效应的作用，但消除了必要的光磁场的强度是10特斯拉。
2016-05-03 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque switching of perpendicular magnetization in ferromagnetic trilayers
在铁磁三层中，自旋-轨道诱导的自旋电流可以具有自旋极化，其方向偏离自旋霍尔效应的方向。最近，铁磁三层膜中的磁化翻转被提出并被实验证实。在这项工作中，我们从理论上和数值上研究了铁磁三层中垂直磁化翻转所需的翻转电流。我们证实，倾斜的自旋极化，使场自由确定性开关在较低的电流比传统的自旋轨道扭矩或自旋转移扭矩开关，提供了一种可能性，高密度和低功率的自旋轨道扭矩设备。此外，我们提供了一个任意的自旋极化方向的开关电流的解析表达式，这将是有用的设计自旋-轨道扭矩设备和解释自旋-轨道扭矩开关实验。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque switching in 2D ferromagnet / topological insulator heterostructure grown by molecular beam epitaxy
拓扑绝缘体（TI）是一类通过自旋轨道矩（SOT）机制控制相邻铁磁体（FM）磁化强度的有前途的材料。然而，目前的研究结合TI与传统的FM提出了大的设备到设备的变化，导致在广泛的分布SOT幅度。已经确定，TI和FM之间的界面质量在确定SOT的性质和效率方面是至关重要的。为了优化SOT幅度并实现超低功率磁化切换，原子级平滑接口是必要的。为此，我们已经开发了一个完整的范德华FM/TI异质结的生长分子束外延。选择补偿TI（Bi0.4Sb0.6）2 Te 3和铁磁Fe 3GeTe 2（FGT）是因为它们具有优异的结晶质量、BST中的低载流子浓度以及FGT中相对较大的居里温度和垂直磁各向异性。我们通过使用谐波磁输运测量来表征SOT的大小，并表明可以在电流密度Jc < 10^10 A/m^2的情况下切换超导FGT薄膜的磁化强度。与以前使用传统FM的研究相比，我们的研究结果非常可靠，器械之间几乎没有差异。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall
Switching of biaxial synthetic antiferromagnets: a micromagentic study
我们模拟了纳米合成反铁磁体（SAF）的开关行为，最近的实验进展的晶体反铁磁体的自旋轨道转矩开关的启发。SAF由两层具有面内双轴各向异性和层间交换耦合的铁磁薄膜组成。来自SAF的相对表面的交错场状Rashba自旋轨道扭矩引起倾斜的净磁化，这触发了驱动Néel矢量的90 $^\circ$切换的正交扭矩。由类场自旋轨道扭矩驱动的这种动力学允许具有增加的吉尔伯特阻尼的更快切换，而不会显著有害地增加阈值切换电流密度。我们的研究结果指出，作为模型系统，基于简单的铁磁金属，模拟反铁磁器件物理的SAF的潜力。
2018-11-22 cond-mat.mes-hall
Switching induced by spin Hall effect in an in-plane magnetized ferromagnet with the easy axis parallel to the current
利用自旋霍尔效应产生的自旋转移矩来实现纳米尺度的精细结构铁磁体的磁化翻转，使我们能够在不直接向铁磁体施加电流的情况下控制其磁化强度，因而引起了人们的广泛关注。然而，开关机制仍然不清楚，关于铁磁体具有平行于电流的面内易磁化轴。在这里，我们发展了这种类型的铁磁体的磁化翻转的分析理论，并揭示了确定性开关的阈值电流公式。它是澄清，电流应该在由两个阈值电流确定的一定范围之间，因为自旋转移扭矩由于范围外的大电流带来的磁化强度在能量上不稳定的状态，并导致磁化强度进动的难磁化轴。
2020-09-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Revisiting the Analytical Solution of Spin-Orbit Torque Switched Nanoscale Perpendicular Ferromagnet
针对垂直磁体自旋轨道矩翻转中现有模型与实验偏差大的问题，本研究发现磁化强度平滑过渡而非先与自旋极化对齐，并指出进动手性反转是实现确定性翻转的关键，据此建立的新解析模型与实验数据高度吻合。
2024-08-25 cond-mat.mes-hall
Quantum Kinetic Theory of Current-Induced Torques in Rashba Ferromagnets
最近的实验研究的薄膜器件包含一个单一的铁磁层的动机，我们发展了一个量子动力学理论的电流感应磁矩在Rashba模型铁磁体。我们发现，电流引起的自旋密度是负责的开关行为是由于最本质上是自旋相关的准粒子寿命，并推导出一个简单的模型的相关限制的解析表达式。定量模型参数估计表明，在相邻的金属正常磁性层的自旋轨道耦合开关效应的强度起着至关重要的作用。
2012-01-04 cond-mat.mes-hall
Highly efficient spin-orbit torque and switching of layered ferromagnet Fe3GeTe2
在范德瓦尔斯（vdW）层状铁磁体中，Fe 3GeTe 2（FGT）是形成FGT/重金属异质结构的理想材料，可用于研究自旋轨道矩（SOT）效应。它的金属性，强垂直磁各向异性建立在单原子层，相对较高的居里温度（Tc约225 K）和静电栅极可调谐性提供了一个诱人的可能性，实现最终的高SOT限制在单层全VDW纳米器件。在Pt中产生的自旋电流对FGT磁化施加阻尼式SOT。在约2.5 × 1011 A/m2的电流密度下，SOT引起FGT磁化切换，这通过FGT的异常霍尔效应来检测。为了量化SOT效应，当施加的磁场使FGT磁化在平面中旋转时，我们测量二次谐波霍尔响应。我们的分析表明，SOT效率与包含三维（3D）铁磁金属的最佳异质结构相当，并且比包含3D亚铁磁绝缘体的异质结构大得多。如此高的效率归因于原子级平坦的FGT/Pt界面，这表明了利用vdW异质结构用于高效自旋电子纳米器件的巨大潜力。
2019-03-01 cond-mat.mes-hall
Current induced switching of magnetic domains to a perpendicular configuration
在铁磁体-正常金属-铁磁体三层中，垂直于各层流动的电流在铁磁体的磁矩上产生扭矩。当其中一个接触是超导的时，转矩不仅有利于磁矩的平行或反平行对齐，如两个正常接触的情况，而且还可以有利于两个磁矩垂直的配置。此外，平行磁矩和反平行磁矩的电导是相同的，表明通常意义上没有巨磁阻，而在垂直配置中电导更大。因此，一个负的磁导预测，在通常的巨磁阻。
2001-02-15 cond-mat.mes-hall
Influence of Ferromagnetic Interlayer Exchange Coupling on Current-induced Magnetization Switching and Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Co/Pt/Co Multilayer System
本研究针对Co/Pt/Co异质结构，通过调控Pt厚度改变层间交换耦合强度，结合实验与模拟探究其与DMI及多能级磁化翻转的关联，揭示了二者的相互作用机制，为存储器件应用提供了新思路。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall
Reduction of back switching by large damping ferromagnetic material
最近的研究磁化动力学引起的自旋-轨道扭矩揭示了一个弱的依赖于铁磁自由层的阻尼常数的磁化切换的临界电流。然而，这项研究表明，阻尼常数在自旋轨道转矩引起的磁化翻转中起着关键作用。易磁化轴平行于电流方向的铁磁体中会发生一种不希望发生的回切现象，这种回切现象称为反向回切。数值和理论分析表明，当铁磁体的阻尼常数较大时，反向开关被强烈抑制。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Switching modulation of spin transport in ferromagnetic tetragonal silicene
利用非平衡格林函数方法研究了铁磁四硅烯纳米带的能带结构和输运性质。讨论了在外加电场、势能、交换场和自旋轨道耦合共同作用下的能带结构和自旋相关电导。通过改变纳米晶的横向宽度，可以容易地实现从半金属态到半导体态的相变。自旋相关电导的分离是由于交换场和自旋轨道耦合的影响，而零电导行为则表现为由电场诱导的自旋相关带隙.我们提出了一种具有两个中心通道的四端四方硅烯纳米带的器件结构。研究发现，利用两个开关可以控制自旋电流。具有高势垒的开关可以阻挡电子从中心散射区流入其他端子。有趣的是，仅应用一个开关就可以实现自旋相关的零电导和大的自旋极化。两个开关可以提供用于控制自旋相关输运性质的多种操作。双通道铁磁四硅烯纳米粒子可以实现自旋电流的有效分离，有望成为自旋电子学器件的候选材料。
2022-07-28 cond-mat.mes-hall
Electric-field Controlled Magnetization Switching in Co/Pt thin-Film Ferromagnets
研究了具有垂直磁各向异性的铁磁Co/Pt薄膜在室温下的动态可逆压控磁化反转。在15 nm的相对厚的膜中观察到系统的磁性质的变化。通过在金属薄膜和非水锂LiClO 4电解质之间形成电化学双层来诱导表面电荷以操纵磁性。通过施加外部电场而发生的磁性变化。随着负电压的增加，磁化率和切换磁场减小，从而激活磁化切换。设想的结果，导致更快和超低功率的磁化切换相比，自旋转移力矩（STT）开关自旋电子器件。
2015-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal noise effects on the magnetization switching of a ferromagnetic anomalous Josephson junction
讨论了热噪声对具有自旋轨道耦合和面外磁化的横向铁磁约瑟夫森结磁响应的影响。铁磁层中的磁矩的方向可以通过使用受控电流脉冲来反转。这种现象是由于耦合流动的充电电流和铁磁体的磁化的磁电效应。我们研究了磁化反转效应与铁磁体的内禀参数，如吉尔伯特阻尼和自旋轨道耦合强度的关系。我们估计的磁化反转时间，并找到快速开关的参数的最佳值。以提高工作温度为目的，我们研究了热涨落对平均稳态磁化强度的影响，并找到了使系统对噪声更具鲁棒性的条件。
2020-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Room temperature magnetization switching in topological insulator-ferromagnet heterostructures by spin-orbit torques
具有自旋动量锁定拓扑表面态的拓扑绝缘体（TI）在TI/铁磁体系统中表现出巨大的自旋轨道矩（SOT）。到目前为止，TI SOT驱动的磁化开关仅在1.9 K的Cr掺杂TI中报道。在这里，我们直接显示了巨大的SOT驱动的磁化翻转Bi 2Se 3/NiFe异质结在室温下捕获使用磁光克尔效应显微镜。我们确定了一个大的电荷自旋转换效率为~1-1.75的薄TI膜，其中TSS是占主导地位的。此外，我们发现磁化翻转所需的电流密度非常低，约为6x10^5 A cm-2，比重金属小一到两个数量级。我们的示范室温磁化开关的传统的3D铁磁体使用Bi 2Se 3可能会导致潜在的创新TI为基础的自旋电子应用。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Highly-Tunable Coercivity and Highly-Efficient Nonvolatile Multi-States Magnetization Switching by Small Current in Single 2D Ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$
本文通过二维铁磁体Fe$_3$GaTe$_2$在室温下实现了高度可调矫顽力与低功耗非易失性多态磁化翻转，为低功耗二维自旋电子学应用开辟了新途径。
2023-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Switching of Moiré Chern Ferromagnet
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Nanjing Tech University（南京工业大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université Côte d’Azûr（蔚蓝海岸大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Center for Quantum Technologies（量子技术中心）；Quantum Science and Engineering Center (QSec)（量子科学与工程中心）
该研究通过圆偏振光实现莫尔陈数铁磁体的高效光学操控，展示了磁双态循环和铁磁域壁书写，为无耗散自旋电子学和量化陈数接头器件的发展提供了新途径。
2025-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Off-resonant all-optical switching dynamics in a ferromagnetic model system
从理论上研究了非共振偏振光场对铁磁模型系统的影响。我们确定的光诱导动力学的巡回运营商在一个系统，其中包括在平均场水平的磁性和自旋轨道耦合。我们研究了铁磁体的全光开关过程，这与Qaiumzadeh等人[Phys.Rev.B88，064416]提出的逆法拉第效应接近。通过计算光驱动的相干动力学与非相干散射机制，我们超越了光场的功率微扰展开。我们发现一个重要的贡献的动态斯塔克效应耦合的拉曼类型之间的磁性带，这导致了极化依赖的磁化，可能支持或反对切换的影响，但也有助于通过增加电子能量退磁。
2018-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion mediated voltage controlled switching of ferromagnets for reliable and energy efficient 2-terminal memory
我们提出了一种两端纳米磁性存储元件的基础上采用单极电压脉冲，修改系统的垂直各向异性的垂直磁化纳米磁体的磁化反转。我们的工作表明，存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction，Dzyaloshinski-Moriya Interaction）可以创建磁化反转的替代路线，从而避免了需要利用旋进磁化动力学以及偏置磁场，这些都是在传统的基于电压控制的磁各向异性（VCMA）的垂直磁化切换中采用的。我们与广泛的微磁模拟，在热噪声的存在下，所提出的skyrmion介导的VCMA开关机制是强大的，在室温下，导致极低的错误切换，同时也可能是1-2个数量级的能源效率比最先进的自旋转移矩（STT）为基础的开关。
2017-07-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Field-free and Sub-ns Magnetization Reversal in Synthetic Anti-ferromagnets using Sequential Spin-Orbit Torque and Spin-Transfer Torque Pulses
Indian Institute of Technology Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
本文数值研究合成反铁磁自由层垂直磁性隧道结，利用顺序SOT和STT亚纳秒脉冲实现无外场快速磁化翻转，并分析热涨落下参数限制。
2026-09-21 cond-mat.mes-hall
Voltage induced switching dynamics of a coupled spin pair in a molecular junction
分子自旋电子学是通过分子的电子组态和磁极化之间的耦合而实现的。为了控制和应用单个分子的状态，有必要读取和写入它们的自旋状态。传统上，这是通过外部磁场或铁磁接触来实现的，这可能改变有意的自旋状态，并且在缩小器件尺寸时可能带来额外的挑战。在这里，我们预测，耦合磁性分子在一起开辟了所有的电子控制的分子自旋状态，以及通过系统的电流的可能性。在铁磁和反铁磁交换相互作用的机制之间调谐，电流可以至少增加或减少一个数量级。该效应对隧道耦合和分子水平排列敏感，其可用于实现电流整流。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall
Optimal field-free magnetization switching via spin-orbit torque on the surface of a topological insulator
提出一种在拓扑绝缘体表面实现无磁场磁化翻转的最优方案，解析推导出电流时间依赖性，发现类阻尼力矩趋于零时能效最佳，并设计了适用于实际系统的下啁啾旋转电流脉冲简化翻转方案。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Theoretical condition for switching the magnetization in a perpendicularly magnetized ferromagnet via the spin Hall effect
推导了利用自旋霍尔效应实现铁磁体垂直磁化切换的阈值电流的理论公式。的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，磁化切换时实现的电流的存在下的磁化的稳态解是一个能量不稳定的区域之外。在此基础上，通过对不稳定态的一阶微扰的分析，建立了阈值电流的解析理论。该解析式阐明了施加在电流方向上的磁场的大小应大于垂直磁各向异性场的15%，且电流小于导出的阈值。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An observable effect of spin inertia in slow magneto-dynamics: Increase of the switching error rates in nanoscale ferromagnets
Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程用于模拟铁磁体中的磁动力学，默认地假设当导致旋进的真实或有效磁场关闭时，与自旋旋进相关的角动量可以瞬时松弛。这种忽略“自旋惯性”的做法是不符合物理规律的，而且违反了能量守恒定律。最近，对LLG方程进行了修改，以考虑惯性效应。然而，人们的共识似乎是，这种效应在慢磁动力学中并不重要，慢磁动力学发生在比角动量的弛豫时间长得多的时间尺度上，在铁磁体中，角动量的弛豫时间通常为几fs到大约100 ps。在这里，我们表明，至少有一个非常严重的和可观察到的自旋惯性效应，即使在缓慢的磁动力学。它涉及到开关错误概率与翻转磁化的纳米级铁磁体与外部代理，如磁场。当场强接近开关阈值时，开关可能需要~ns才能完成，这比角动量弛豫时间要长得多，但自旋惯性的影响在开关误差概率中也能感受到。这是因为，当由于自旋惯性引起的章动动力学占主导地位时，切换轨迹的最终命运，即它是否导致成功或失败，受到切换动作的前几个ps中发生的事情的影响。自旋惯性增加了错误概率，这使得切换更容易出错。这具有重要的技术意义，因为它关系到磁逻辑和存储器的可靠性。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Exploring Co, Fe, and Ni Reference Layers for Single-Pulse All-Optical Reversal in Ferromagnetic Spin Valves
本文比较 Co、Ni、Fe 参考层对飞秒单脉冲诱导铁磁自旋阀全光反转的影响，发现仅 Co 支持平行到反平行切换，并将其归因于参考层快速再磁化产生的反向极化负自旋电流。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall
Spin-Orbit Torque and Magnetization Switching in 2D Ferromagnetic Devices
National Central University（中央大学）；McGill University（麦吉尔大学）
通过第一性原理计算研究范德华异质双层Cr3Te4/PtTe2中的非平衡自旋转矩，发现局域自旋感应产生类场转矩主导面内磁各向异性体系的翻转电流，并强调优化NM层自旋霍尔效应和FM层Rashba效应分别对垂直和面内磁各向异性翻转的重要性。
2026-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh efficient spin-orbit torque magnetization switching in all-sputtered topological insulator - ferromagnet multilayers
具有大垂直磁各向异性的铁磁体的自旋轨道力矩（SOT）磁化翻转在下一代非易失性磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。这就需要一个高性能的纯自旋电流源，具有大的自旋霍尔角和高的电导率，这可以通过大规模生产技术制造。在这项工作中，我们证明了高效和强大的SOT磁化开关在所有溅射的BiSb拓扑绝缘体垂直磁化Co/Pt多层膜。尽管通过工业友好的磁控溅射而不是实验室分子束外延来制造，但是拓扑绝缘体层BiSb显示出$θ$ $_{SH}$ = 12.3的大自旋霍尔角和$σ$ = 1.5 x $10^5$ $Ω^{-1}$ m $^{-1}$的高电导率。我们的研究结果证明了BiSb拓扑绝缘体用于实现超低功耗SOT-MRAM和其他基于SOI的自旋电子器件的大规模生产能力。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Minimization of the Switching Time of a Synthetic Free Layer in Thermally Assisted Spin Torque Switching
我们从理论上研究了合成自由层的热辅助自旋力矩翻转，并证明了当满足条件H_J= |H_s| /（2 α）时，翻转时间最小，其中H_J，H_s和α是两个铁磁层的耦合场，自旋力矩的幅度和Gilbert阻尼常数.我们还表明，合成自由层的耦合场可以从自旋扭矩二极管效应的共振频率来确定。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall
Role of the chiral spin configuration in field-free spin-orbit torque-induced magnetization switching by a locally injected spin current
对于在垂直磁各向异性系统中通过自旋轨道转矩（SOT）的确定性磁化切换，附加的面内方向磁场对于通过破坏磁化对称性的确定性切换是必不可少的。在磁有序系统中实现手性可以是用于实现无场磁化切换的横向方向上的不对称性的一种方法。然而，手征自旋系统对确定性开关的影响的系统分析仍然很少。在这份报告中，实现无场SOT诱导磁化翻转通过使用手性自旋配置的实验和微磁学模拟研究。我们设计了一个系统，其中只有部分的铁磁层与Pt/Co/MgO结构中的重金属层重叠。因此，自旋电流仅施加在铁磁层的局部区域上，这导致Néel型手性自旋配置。诱导的手性自旋配置可以稳定（或不稳定）取决于系统的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的符号。稳定的自旋组态在零场确定性开关中起着至关重要的作用。我们希望我们的研究结果，以拓宽手性为基础的全电SOT器件制造的前景。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall
Magnetization switching by current in an elemental ferromagnetic single layer
该研究在单质镍铁磁单层中实现电流诱导垂直磁化翻转，发现其源于带面外分量的有效横向磁场，不同于传统自旋轨道矩机制，揭示了电流诱导力矩的内在机制，拓展了相关研究范畴。
2025-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deterministic Switching of Perpendicular Ferromagnets by Higher harmonics of Spin-orbit Torque in Noncentrosymmetric Weyl Semimetals
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
本文通过自旋轨道扭矩的高次角谐波，在保持面内镜像对称的系统中实现了垂直铁磁体的无场确定性翻转，并在非中心对称外尔铁磁体PrAlGe中通过第一性原理计算验证了该机制。
2026-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Torques in Point Contacts to Exchange-Biased Ferromagnetic Films
研究了反铁磁薄膜交换钉扎非磁性针尖与铁磁薄膜点接触时的磁滞磁阻效应。测量的电流驱动和场驱动的磁滞的分析同意最近提出的表面自旋阀的模型，其中在界面处的自旋取向可以是不同的，在大部分的膜。在低场的磁阻开关被观察到显着依赖于交换钉扎的方向，这允许识别这种转变作为内部自旋的反转钉扎铁磁膜。因此，在较高场的切换是由于在铁磁体的顶表面处的点接触芯中的自旋反转，并且当交换钉扎方向或磁场方向变化时不表现出任何净场偏移。表面自旋的切换场的这种幅度在接触与接触之间以及有时在扫描与扫描之间显著变化，这表明在非常高的电流密度下和/或由于点接触的特定微结构，表面磁化率可以改变。相反，在高电流下，没有观察到交换偏置对内部自旋的影响的变化，这可能是由于远离纳米尺寸的点接触芯的电流密度的快速下降。
2010-02-01 cond-mat.mes-hall
Hysteretic magnetic pinning and reversible resistance switching in High-Tc superconductor/ferromagnet multilayers
我们研究了一个高TC超导（YBa 2Cu 3 O 7-d）/铁磁（Co/Pt多层）的混合体，它表现出由磁历史驱动的电阻开关：取决于外部磁场的方向，观察到的混合态电阻的显着减少或增加作为磁化反转发生在Co/Pt多层。我们证明，杂散磁场通过i）创建的涡旋/反涡旋和ii）由外部磁场引起的涡旋的静磁钉扎引起这些效应。
2011-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Current Dependence of Spin Torque Switching Barrier
研究了面内磁化铁磁体自旋矩开关势垒与电流的关系。引入两个标度电流I_{c} $和I_{c} ^{*}（> I_{c}）来区分磁化稳定性。在低电流区域I< I_{c}中，开关势垒与具有另一缩放电流\tilde{I}_{c}的电流成线性，而这种线性缩放在高电流区域I_{c} < I < I_{c} ^{*}中不成立。线性定标对于高温和长电流脉冲持续时间是有效的。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall
Macroscopic description of current induced switching due to spin-transfer
我们开发了一个宏观描述的电流引起的扭矩由于自旋转移的分层系统中的两个铁磁层分离的一层。描述基于i）CPP-GMR理论中使用的分布函数的经典自旋扩散方程，ii）在磁性层中横向分量的准界面吸收的情况下自旋电流的纵向和横向分量的相关边界条件。扭矩表示为CPP-GMR实验中得到的常用参数和横向边界条件中涉及的两个附加参数的函数。我们的模型是用来描述定性正常和逆开关现象在最近的实验研究。我们还提出了一个结构，我们预测只有稳定的岁差高于一定的临界电流的状态。最后讨论了铁磁层的磁矩之间的小夹角和混合电导虚部消失的极限。
2005-01-24 cond-mat.mes-hall
Field-free spin-orbit torque switching through domain wall motion
在铁磁层被磁化的重过渡金属/铁磁金属/氧化物磁性异质结构中的磁化的确定性电流诱导自旋轨道转矩（SOT）切换通常需要外部施加的面内场来打破切换对称性。我们表明，通过插入一个面内磁化的铁磁层CoFeB下面的传统的W/CoFeB/MgO SOT异质结构，确定性的SOT开关的非均匀磁化的顶部CoFeB层可以实现，而不需要在面内偏置场。Kerr成像研究进一步揭示了所观察到的开关主要由畴成核和畴壁运动主导，这可能限制了将这种类型的多层堆叠设计用于纳米SOT-MRAM应用的潜力。实验开关行为与微磁模拟的比较表明，在我们的设备中的确定性开关不能解释的杂散场贡献的面内磁化层，和粗糙度引起的Néel耦合效应可能发挥更重要的作用，在实现所观察到的无场确定性开关。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multistep magnetization switching in orthogonally twisted ferromagnetic monolayers
本研究通过正交扭曲CrSBr铁磁单层构建人工反铁磁体，实现多步磁化翻转与可调磁滞，凸显自旋各向异性在扭曲磁超晶格中的关键作用。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond Spin-Orbit Torque Induced Coherent Magnetization Switching in a Ferromagnet
本研究通过避免磁畴成核过程并相干驱动磁化，实验实现了无孵化延迟的皮秒级超快自旋轨道力矩诱导铁磁体翻转，完全翻转仅需约250 ps，为大幅提升SOT-MRAM器件写入速度提供了潜在途径。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Current-Controlled Magnetization Reversal in the Ferromagnetic Semiconductor (Ga,Mn)As
研究了电流对铁磁半导体（Ga，Mn）As霍尔栅器件中自旋轨道耦合磁化翻转的控制。电流控制的磁化切换的效率被发现是敏感的电流相对于晶轴的取向。自旋-轨道有效磁场对电流方向和大小的依赖性由磁化转换角的变化确定。我们发现，应变引起的有效磁场是我们的GaMnAs器件中Rashba引起的磁场的三倍。
2013-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-free-switching state diagram of perpendicular magnetization subjected to conventional and unconventional spin-orbit torques
在强自旋轨道耦合的非磁性材料中缺乏某些晶体对称性允许存在非常规自旋霍尔响应，其中电生成的横向自旋电流具有共线流动和自旋方向。将这种自旋电流注入相邻铁磁层可以通过非常规的自旋轨道扭矩激发磁化动力学，从而导致具有垂直磁各向异性的铁磁体中的确定性切换。我们研究了传统和非传统的自旋轨道转矩之间的相互作用的磁化动力学的垂直铁磁体在小的固有阻尼限制，并确定了一套丰富的动力学制度，包括确定性和概率开关，进动和钉扎状态。与通常的看法相反，我们发现存在一个临界的常规自旋霍尔角，超过该角，确定性磁化切换过渡到旋进或钉扎状态。相反，我们表明，较大的非常规自旋霍尔角通常有利于确定性开关。我们推导出一个近似的表达式，定性地描述了完全确定性的开关和岁差状态之间的状态图边界，并讨论了一个标准，用于搜索破碎的自旋霍尔材料，以最大限度地提高开关效率。我们的工作为高效节能的自旋电子器件提供了一个路线图，这可能为先进的内存计算技术的应用打开大门。
2022-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shape Anisotropy Enabled Field Free Switching of Perpendicular Nanomagnets
本研究针对垂直磁化SOT-MRAM翻转需额外外场的问题，通过设计铁磁体为三角形形状产生内场打破翻转对称性，在铂基钴纳米磁体上实现纳秒脉冲驱动的无外场确定性翻转，结果与微磁模拟一致。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
