Electric-field modulation of exchange stiffness in MgO/CoFeB with perpendicular anisotropy
我们观察到在电场作用下具有垂直易磁化轴的MgO/CoFeB的磁畴结构。电畴结构呈现迷宫状，周期与电场有关。我们发现除了已知的磁各向异性调制外，还考虑了电场对交换刚度常数的调制，从而解释了周期的电场调制。
2016-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Tantalum spacer thickness and deposition conditions on the properties of MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO free layers
为了在小器件尺寸下获得稳定的垂直磁化隧道结，通常使用包括两个MgO/FeCoB界面作为界面各向异性源的复合自由层。通常通过在FeCoB层内插入前过渡金属系列的间隔层来确保适当的结晶和退火鲁棒性。我们研究的间隔物的厚度和生长条件上的开关度量的隧道结热退火在400 $^\circ$ C的情况下，1-4 μ m的Ta间隔物的影响。厚的Ta间隔物导致指示更好限定的顶部FeCoB/MgO界面的大的各向异性，但是这是以更强的阻尼的系统代价来实现的。对于最佳的各向异性阻尼折衷，直径为22 nm的结仍然可以是稳定的和自旋扭矩切换。矫顽力和不均匀的线宽加宽，可能会产生在FeCoB/Ta界面的粗糙度，可以减少，如果牺牲Mg层被插入之前的Ta间隔沉积。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced magnetization switching in MgO barrier based magnetic tunnel junctions with CoFeB/Ru/CoFeB synthetic ferrimagnetic free layer
本文报道了MgO基磁性隧道结中Co 40 Fe 40 B20（2nm）/Ru（0.7-2.4nm）/Co 40 Fe 40 B20（2nm）合成亚铁磁（SyF）自由层的电流感生磁化翻转的本征临界电流密度（Jc 0）和热稳定性因子（E/kBT，其中E、kB和T分别为势能、玻耳兹曼常量和温度）。我们表明，Jc 0和E/kBT可以通过分析的平均临界电流密度作为一个函数的结晶度使用Slonczewski的模型，考虑到热波动。我们发现，高反铁磁耦合的两个CoFeB层之间的SyF自由层的结果在降低Jc 0不降低高E/kBT。
2006-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Current-driven magnetization switching in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
报道了低阻Co 40 Fe 40 B20/MgO/Co 40 Fe 40 B20磁性隧道结（MTJ）中电流驱动的磁化反转。在270 ℃和300 ℃退火的样品中，电流驱动开关所需的临界电流密度Jc分别低至7.8 x 10^5 A/cm ^2和8.8 x 10^5 A/cm ^2，相应的隧道磁阻（TMR）比分别为49%和73%。在350 ℃下进一步退火，样品的TMR比增加到160%，同时伴随的Jc增加到2.5 x 10^6 A/cm ^2。我们将低Jc归因于隧道电流的高自旋极化和CoFeB单个自由层的小MsV产物，其中Ms是饱和磁化强度，V是自由层的体积。
2005-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of Giant Tunnel Magnetoresistance of Sputtered CoFeB/MgO/CoFeB Magnetic Tunnel Junctions on MgO Barrier Thickness and Annealing Temperatur
研究了溅射沉积在SiO2/Si基片上的CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的巨隧道磁电阻（TMR）与MgO势垒厚度和退火温度的关系。电阻面积积随MgO厚度呈指数增加，表明MgO屏障的质量在1.15-2.4 nm的研究厚度范围内是高的。高分辨率的透射电子显微镜图像显示，在375 ℃下退火的结果在晶体CoFeB/MgO/CoFeB结构的形成，即使CoFeB电极是非晶的溅射状态。随着退火温度的升高，TMR值逐渐增大，室温时TMR值为260%，5 K时TMR值为403%。
2005-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Contributions of Co and Fe orbitals to Perpendicular Magnetic Anisotropy of MgO/CoFeB Bilayers with Spin-Orbit-Torque-Related (Ta, W, IrMn, and Ti) Underlayers
我们研究了CoFeB/MgO双层膜与W、Ta、IrMn和Ti接触时的垂直磁各向异性（PMA），它们被认为是与自旋-轨道-力矩相关的底层。由于形成死层，CoFeB的饱和磁化强度取决于底层材料，从而影响每个膜的PMA强度。X射线磁性圆二色性测量表明，界面混合只抑制Fe的垂直轨道矩，而同时抑制Co的垂直和面内轨道矩。
2017-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Controlling boron redistribution in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions during annealing by variation of cap layer materials and MgO deposition methods
采用晶态MgO隧道势垒和非晶态CoFeB电极的磁性隧道结由于具有室温下较高的隧道磁阻比而受到广泛关注。实现高隧道磁阻比的一个重要参数是控制硼从电极的扩散，特别是在生长后退火期间。通过高分辨率透射电子显微镜和电子能量损失谱技术，我们表明，盖层材料相邻的电极和MgO的沉积方法是至关重要的控制硼再分布。据指出，钽帽层作为下沉的硼在退火过程中的对比Ru层。此外，射频溅射MgO隧穿势垒在退火后的三角形[BO $_3$ ] $^{3-}$ -环境中含有相当高浓度的硼，而电子束蒸发MgO几乎不含任何硼。我们的数据进一步表明，无论是硼还是氧空位相关的间隙状态在大部分的MgO障碍影响自旋极化输运隧道磁阻比在200%的水平。
2014-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of laser induced and intrinsic tunnel magneto-Seebeck effect in CoFeB/MgAl$_2$O$_4$ and CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions
比较了激光诱导加热和本征加热的隧道磁塞贝克效应。因此，制备了Co $_{40}$ Fe $_{40}$ B $_{20}$ /MgAl $_2$ O $_4$和Co $_{25}$ Fe $_{55}$ B $_{20}$ /MgO磁性隧道结。在MAOMTJ的情况下，TMS比率为3%与对于其它势垒材料所发现的比率一致，而MgOMTJ的TMS比率为23%强调了CoFe成分的影响。我们发现使用的内在的方法，不同的符号和幅度相比，激光加热的结果的结果。本征的贡献，也可以解释由Brinkman模型和给定的结属性。特别是，我们能够证明，对称的贡献是唯一的势垒不对称性的影响。因此，我们得出结论，对称性分析用于本征方法是不适合明确地确定一个内在的隧道磁塞贝克效应。
2016-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Dependent Magnetoelasticity and its Effects on Perpendicular Magnetic Anisotropy in Ta|CoFeB|MgO Thin Films
我们报告的测量超薄Ta |CoFeB| MgO层作为单轴应变的函数的面内磁弹性耦合，使用四点弯曲装置进行。对于退火的样品，我们观察到强烈的依赖于CoFeB层的厚度在1.3-2.0 nm的范围内，这可以被建模为所产生的组合的有效表面和体积的磁致弹性耦合的贡献。我们指出，如果存在类似的厚度依赖性的磁弹性耦合响应双轴应变，那么标准的Néel模型的磁各向异性能量收购一项成反比的磁性层厚度。这种贡献可以显著改变整体磁各向异性，并为磁各向异性能量对磁性层厚度的强非线性依赖性提供了自然的解释，这种依赖性通常在退火的CoFeB中观察到|具有垂直磁各向异性的MgO薄膜。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of annealing temperature on exchange stiffness of CoFeB thin films
利用布里渊光散射研究了28 nm厚CoFeB薄膜的交换刚度常数。在MgO（001）衬底上制备了一系列CoFeB薄膜，研究了退火温度对CoFeB薄膜交换刚度常数的影响。我们发现，400 ℃退火的样品与MgO缓冲层的交换刚度常数从200 ℃退火的样品增加了10%（=0.73 +/- 0.01 × 10-11 J/m），而没有MgO缓冲层的样品的交换刚度常数从生长态样品增加了6%（=1.11 +/- 0.02 × 10-11 J/m）。
2015-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Large perpendicular magnetic anisotropy in Ta/CoFeB/MgO on full coverage monolayer MoS2 and first principle study of its electronic structure
具有高居里温度的超导磁化自旋注入器是研制室温零磁场工作的二维材料自旋光电子器件的前提。在这里，我们报告的Ta/CoFeB/MgO结构的生长与一个大的垂直磁各向异性（PMA）的全覆盖单层（ML）二硫化钼。在CoFeB/MgO界面处获得了0.975mJ/m ~ 2的大的垂直界面各向异性能，与在磁性隧道结系统中观察到的相当。研究发现，在铁磁金属（FM）和二维材料之间插入MgO可以有效地阻止FM原子向二维材料中的扩散。此外，MoS 2 ML有利于MgO（001）织构，并对建立大PMA起关键作用。对类似Fe/MgO/MoS 2结构的第一性原理计算表明，MgO厚度可以改变MoS 2的能带结构，从7 ML-MgO的间接带隙改变为3 ML-MgO的直接带隙。Fe的邻近效应导致3 ML-MgO结构的价带在Γ点产生10 meV的分裂，而7 ML-MgO结构的邻近效应可以忽略不计。这些结果为在二维过渡金属二硫属化合物材料上开发RT自旋光电子器件奠定了基础。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Voltage Controlled Spin-Orbit Torque Switching in W/CoFeB/MgO
磁和自旋电子学的电压控制一直是非常需要的，但很少实现。在这项工作中，我们显示电压控制的自旋轨道扭矩（SOT）开关在W/CoFeB/MgO薄膜与垂直磁各向异性（PMA）的电压管理通过SrTiO 3与高介电常数。我们发现，直流电压可以显着降低PMA的45%，减少开关电流的23%，并增加阻尼扭矩所揭示的第一和第二谐波测量。这些特性是电压控制和电压选择SOT开关自旋电子器件的先决条件。
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced interface perpendicular magnetic anisotropy in Ta|CoFeB|MgO using nitrogen doped Ta underlayers
我们发现，Ta |CoFeB| MgO磁性异质结构的磁特性的强烈影响，通过掺杂的Ta底层与氮。特别地，饱和磁化强度在掺杂Ta底层时下降，表明掺杂的底层充当硼扩散阻挡层。此外，磁死层的厚度随着氮掺杂的增加而减小。令人惊讶的是，当向Ta底层引入最佳量的氮时，界面磁各向异性增加至~1.8 erg/cm 2。这些结果表明，氮掺杂的Ta作为一个很好的底层自旋电子学应用，包括磁隧道结和畴壁器件。
2013-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of the spin Hall angle and switching current in the nc-W(O)/CoFeB/MgO system with perpendicular magnetic anisotropy
我们研究了沉积在具有大氧含量的纳米晶钨薄膜nc-W（O）上的垂直磁化CoFeB薄膜的开关电流的温度依赖性。自旋霍尔角$|Θ_\mathrm{SH}| \approx 0.22$与温度无关，而开关电流在低温下强烈增加。我们发现nc-W（O）对退火不敏感。因此，对于在制造期间需要高温退火工艺的磁存储器或逻辑器件中集成自旋霍尔驱动的信息写入，它可以是一个很好的选择。
2016-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Large and robust electrical spin injection into GaAs at zero magnetic field using an ultrathin CoFeB/MgO injector
我们证明了一个大的电自旋注入到GaAs在零磁场由于垂直磁化的CoFeB接触的几个原子平面（1.2 nm）。利用InGaAs/GaAs量子阱自旋发光二极管的电致发光圆偏振特性研究了注入GaAs的电子的自旋偏振特性。作为磁场的函数的电致发光极化紧密地追踪CoFeB/MgO注入器的面外磁化。在零磁场条件下，在25 K时，发射光的圆偏振度可达20%.在室温下，电致发光的圆偏振度仍保持在8%左右。
2014-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin orbit effects in CoFeB/MgO hetereostructures with heavy metal underlayers
我们研究了CoFeB/MgO异质结构中重金属（HM）底层的强自旋轨道耦合效应。研究了在CoFeB/MgO界面处的垂直磁各向异性、重金属层的自旋霍尔角、电流感生转矩和HM/CoFeB界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用.我们展示了HM层的选择如何影响这些复杂的自旋轨道效应，这些效应出现在大体积和异质结构的界面处。
2016-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magneto thermocurrent in CoFeB/MgO/CoFeB based magnetic tunnel junctions
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）的隧穿磁热电势和隧穿磁热流。该设备显示出一个明确的热电性能的变化后，从平行到反平行取向的CoFeB层的磁化反转。当从并联切换到反并联时，热功率增加高达55%，而热电流下降45%。这些观察结果可以很好地解释的Onsager关系，考虑到隧道磁电阻的MTJ。这些发现对比以往的研究AlO为基础的MTJ系统，揭示隧穿磁热功率，但没有隧穿磁热电流。
2013-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant tunnel magnetoresistance and high annealing stability in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions with synthetic pinned layer
我们研究了隧道磁阻（TMR）比和结晶的CoFeB层之间的关系，通过退火的磁性隧道结（MTJ）与MgO的障碍，具有不同的Ru间隔层厚度（tRu）的CoFe/Ru/CoFeB合成亚铁磁钉扎层。随着退火温度（Ta）和tRu的增加，TMR比率增加，在Ta = 425 C时达到361%，而具有钉扎层而没有Ru间隔物的MTJ的TMR比率在Ta超过325 C时降低。钌间隔层在形成（001）取向的bcc CoFeB钉扎层中起重要作用，通过高温退火导致高TMR比。
2006-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Determination of spin-dependent Seebeck coefficients of CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junction nanopillars
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）在存在温度梯度时的自旋相关Seebeck系数和隧穿磁热电势.热梯度由纳米柱顶部的电加热器产生。发现MTJ上的热功率电压与加热功率成线性关系，并揭示了与隧道磁阻相似的场依赖性。热梯度的幅度是从校准测量结合有限元模拟的热通量。在此基础上，导出了（240 \pm 110）\muV /K量级的大自旋相关Seebeck系数。从介电击穿后的MTJ上的额外测量，对于1.5nm MgO基MTJ纳米柱，可以导出高达90%的隧穿磁热电功率。
2011-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced spin-orbit torque via interface engineering in Pt/CoFeB/MgO heterostructures
自旋-轨道力矩通过垂直磁化的重金属/铁磁体异质结构中的面内电流促进有效的磁化切换。自旋-轨道-转矩诱导的切换的效率由体或界面自旋-轨道相互作用或两者引起的电荷到自旋的转换决定。在这里，我们表明，自旋轨道扭矩和由此产生的开关效率在Pt/CoFeB系统中显着增强的界面改性，涉及Ti插入之间的Pt和CoFeB层。自旋泵和X射线磁性圆二色性实验表明，这种增强是由于额外的界面产生的自旋电流的的Pt/SiO2界面和/或改善自旋透明度通过抑制在Pt层中的邻近诱导的时刻实现。我们的研究结果表明，界面工程提供了一种有效的方法来提高自旋轨道扭矩，从而磁化转换效率。
2018-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermally nucleated magnetic reversal in CoFeB/MgO nanodots
功耗是限制便携式电子设备开发新型高性能随机存取存储器的主要因素。具有CoFeB/MgO基磁性隧道结（MTJ）的磁性RAM（MRAM）由于其非易失性性质而在保持高性能的同时降低功耗是有希望的候选者。MTJ的动态特性和开关机制对于理解器件操作和实现直径小于30 nm的器件的缩放至关重要。在这里，我们表明，磁反转机制是不相干的，开关是热成核在设备的工作温度。此外，我们发现一个内在的热开关场分布上产生的亚纳秒的时间尺度上，即使在没有尺寸和各向异性分布或材料缺陷。这些特征代表了MTJ中动态特性的特征签名，并对小型磁性纳米器件的反转可靠性给出了内在限制。
2017-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the perpendicular magnetic anisotropy, spin Hall switching current density and domain wall velocity by submonolayer insertion in Ta / CoFeB / MgO heterostructures
通过在Ta / CoFeB / MgO / Ta异质结构中亚单层插入Au、Pt或Pd，我们调整了铁磁层的垂直磁各向异性和矫顽场。我们表明，这有一个重大的影响自旋霍尔开关电流密度和它的依赖于外部磁场。尽管$θ_\mathrm{SH} \approx -0.07$的有效自旋霍尔角相当小，但我们获得了低至$2 \times 10^{10}$ A/m $^2$的开关电流密度。我们发现，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用参数$D$减少与Au或Pd中间层，和垂直各向异性场减少了一个数量级与Pd中间层。用畴壁形核和扩展模型定量地解释了开关电流密度与电流脉冲宽度的关系。因此，界面工程被认为是一个合适的路线，以定制的电流感应磁化开关特性的磁性异质结构。
2017-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of tunnel magnetoresistance in MgO based magnetic tunnel junctions on Ar pressure during MgO sputtering
研究了在MgO阻挡层溅射过程中，Ar气压对CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中隧道磁电阻效应的影响。在10 mTorr的高Ar压力下溅射沉积MgO阻挡层导致光滑的表面和高度（001）取向的MgO。使用这种MgO作为隧道势垒，在325 ℃或更高温度下退火后，实现了室温下高达355%（5 K下为578%）的隧道磁阻（TMR）比，这似乎与由光滑且高度取向的MgO促进的高度（001）取向的CoFeB织构有关。电子束光刻法定义的深亚微米MTJ具有低电阻率Au底层，并使用高压沉积的MgO，在低电阻面积积（RA）低于10欧姆-微米^2时显示出高TMR率，RA = 0.8欧姆-微米^2时为27%，RA = 1.1欧姆-微米^2时为77%，RA = 1.7欧姆-微米^2时为130%，在RA = 2.9 ohm-um^2时为165%。
2005-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection into InGaAs/GaAs quantum wells: a comparison between MgO tunnel barriers grown by sputtering and molecular beam epitaxy methods
利用CoFeB/MgO自旋注入器实现了InGaAs/GaAs量子阱发光二极管的有效自旋注入。织构MgO隧道势垒层的制备采用溅射和分子束外延两种不同的工艺。两种方法的最大自旋注入效率相当。此外，退火的效果也研究了这两种类型的样品。两种样品显示出相同的趋势：随着退火温度的升高，电致发光圆偏振（Pc）增加，随后超过350°C退火，Pc饱和。由于Pc的增加开始低于整个CoFeB块体层的结晶温度，这种趋势可能主要是由于在顶部CoFeB/MgO界面的化学结构的改善。研究表明，CoFeB/MgO界面的控制对半导体的最佳自旋注入至关重要。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of thermovoltage and tunnel magneto-Seebeck effect in CoFeB based magnetic tunnel junctions by variation of the MgAl$_2$O$_4$ and MgO barrier thickness
研究了Co $_{40}$ Fe $_{40}$ B $_{20}$基磁性隧道结的势垒厚度对激光诱导隧道磁Seebeck效应的影响。当势垒厚度从1nm到3nm变化时，我们发现在2.6nm势垒厚度时，隧道磁塞贝克效应有一个明显的最大值。对于两种阻挡材料，即MgAl $_2$ O $_4$和MgO，独立地测量该最大值。此外，当用150 mW的最大激光功率加热时，具有MgAl $_2$ O $_4$阻挡层的样品表现出大于350 $μ$ V的高热电压，而具有MgO阻挡层的MTJ的热电压为90 $μ$ V。我们的研究结果允许制造改进的堆栈时，处理跨磁隧道结的温度差，为未来的应用在自旋热电子学，新兴的研究领域，结合自旋电子学和热电。
2017-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Bloch-to-Néel domain wall transition evinced through morphology of magnetic bubble expansion in Ta/CoFeB/MgO layers
具有垂直磁各向异性的Ta/CoFeB/MgO三层通常以界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）的消失或适度值为特征，这导致纯布洛赫或混合布洛赫-内尔畴壁（Dzyaloshinski-Moriya domain wall，DW）。在这里，我们调查的蠕变演变的整体磁泡形态在这些系统下的面内和面外磁场的组合存在下，我们表明，他$^+$离子辐照诱导的内部DW结构向一个完全Néel自旋织构的过渡。这种转变可以关联到的同时增加的磁感应强度和饱和磁化强度的减少-这是一个直接的后果，分别对底部和顶部的CoFeB界面上的离子辐照的影响。实验发现，DW获得纯Néel特征的阈值辐照剂量在12 $\times$ 10 $^{18}$ He $^+$ /m $^2$和16 $\times$ 10 $^{18}$ He $^+$ /m $^2$之间，与基于材料参数的一维DW模型的估计相匹配。我们的研究结果表明，评估其膨胀过程中的全球气泡的形状可以是一个有效的工具来感测内部气泡DW结构。此外，我们表明，离子辐照可以用来实现所需的DW自旋织构的生长后工程。
2019-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of Perpendicular Magnetic Anisotropy and Transmission of Spin-Hall-Effect-Induced Spin Currents by a Hf Spacer Layer in W/Hf/CoFeB/MgO Layer
我们报告说，强垂直磁各向异性的铁磁层在W/CoFeB/MgO多层结构中，可以通过插入一个Hf层薄至0.25 nm之间的W和CoFeB层建立。Hf间隔物还允许由W层中的面内电荷电流产生的自旋电流的传输，以在CoFeB上施加强自旋扭矩，从而实现电流驱动的磁切换。施加在1 nm CoFeB层上的自旋扭矩的抗阻尼和类场分量在此几何形状中具有可比的幅度。这两种成分都源于下面的W层中的自旋霍尔效应。
2014-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current driven asymmetric magnetization switching in perpendicularly magnetized CoFeB/MgO heterostructures
由于体效应和界面效应，面内电流通过双磁性异质结构可以引起磁化翻转或畴壁成核。在磁性层内，电流可以通过自旋转移力矩（STT）产生磁不稳定性。在界面处，由相邻层中的自旋霍尔效应产生的自旋电流可以对磁矩施加转矩，称为自旋霍尔转矩。在这里，我们研究了电流感应磁化翻转垂直磁化CoFeB/MgO异质结构与重金属（HM）底层。根据HM底层的厚度，我们发现在阈值开关电流的面内场依赖性的明显差异。STT很可能是负责较薄的底层膜的磁化反转，而自旋霍尔转矩导致较厚的底层膜的切换。对于后者，我们发现在开关电流的正，负电流和初始磁化方向的差异。我们发现，在薄膜沉积过程中的生长过程中引入了一个各向异性，打破了系统的对称性，并导致非对称开关。这种对称性破坏各向异性的存在使得能够在零外部场下实现确定性磁化切换。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Exchange bias effect in martensitic epitaxial Ni-Mn-Sn thin films applied to pin CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
交换偏置效应常用于移动铁磁体的矫顽场。这种技术对于将磁性隧道结用作逻辑或存储器件至关重要。因此，两个铁磁电极的独立切换对于保证可靠的读出是必要的。在这里，我们证明了Ni-Mn-Sn的本征交换偏置效应可以用于将单向各向异性应用于磁性隧道结。为此，我们使用外延Ni-Mn-Sn薄膜作为钉扎层，用于微制造CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结。我们比较了磁场冷却后在$-10$ 1，kOe外场中通过磁化测量得到的交换偏置场（$H_{\text{EB}}$）与通过隧道磁阻测量得到的$H_{\text{EB}}$。两种方法的结果一致，我们发现在10 K时交换偏置约为$H_{\text{EB}}=130$，Oe，它随温度的升高而降低，在70 K以上消失.
2015-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic phase transitions in Ta/CoFeB/MgO multilayers
我们研究了Ta/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO多层膜的电输运特性和磁性隧道结纳米柱。这些测量结果表明，在Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO界面处形成了磁性氧化物层。在大约160 K时，氧化物经历从低温下的绝缘反铁磁体到高温下的导电弱铁磁体的相变。这种界面磁性氧化物有望对用于自旋扭矩存储器的CoFeB基多层膜的磁性产生重大影响。
2015-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning Kerr microscopy of current induced switching in Ta/CoFeB/MgO films with perpendicular magnetic anisotropy
具有垂直磁各向异性的Ta/CoFeB/MgO三层膜有望在下一代电流和电场切换存储器和逻辑器件中发挥关键作用。在这项研究中，我们使用克尔显微镜旁边的电输运测量，以深入了解这种设备的基本开关机制。我们发现开关是一个随机的，畴壁驱动的过程，其速度是强烈依赖于开关电流。克尔成像示出了在器件边缘处的畴成核，建模揭示了可能由奥斯特场的垂直分量辅助。进一步的磁畴生长，导致磁化反转，可以通过自旋扭矩来辅助。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-induced parametric excitation of exchange magnons in a CoFeB/MgO junction
电场控制的磁化动力学是低功率自旋电子器件的重要组成部分。在这封信中，我们证明了电场诱导的CoFeB/MgO结的参数激发通过使用界面的面内磁各向异性。当面内磁各向异性与外磁场平行时，利用电场诱导参量激发，可以有效地激发磁振子。它的波长和波数通过改变输入功率和施加电压的频率来调谐。一个广义的唯象模型来解释潜在的作用的电场扭矩。无焦耳热的电激励为磁振子器件的发展和磁系统中各种非线性动力学的研究提供了良好的机会。
2021-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-induced strain-mediated magnetoelectric effect in CoFeB-MgO magnetic tunnel junctions
磁偶极子和电偶极子之间的磁电耦合是现代物理学发展最节能的磁数据存储的基石之一。传统上，磁电耦合是在单相多铁性或磁电复合纳米结构组成的铁磁和铁电/压电材料。本文利用动态磁电和压电响应力显微测量技术，研究了非压电材料的CoFeB/MgO磁性隧道结中的电场诱导应变介导磁电效应。研究表明，外加电场在介电MgO的几个原子层中引起应变，应变被转移到磁致伸缩CoFeB层，导致在-0.5 V下的幅度高达80.8 V cm-1 Oe-1的磁电效应。在磁性隧道结中利用电场介导的磁电效应是朝向探索磁电控制的自旋电子器件的重要一步，低功率和高密度磁数据存储应用。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field modulation of the non-linear areal magnetic anisotropy energy
研究了具有重金属衬底的CoFeB/MgO栅异质结中压控磁各向异性（VCMA）与铁磁层厚度的关系。当有效CoFeB厚度小于~1 nm时，Ta/CoFeB/MgO异质结构的VCMA效率随着CoFeB厚度的减小而显著降低。我们发现，一个高阶的唯象项，用来描述的厚度依赖性的面积磁各向异性能量也可以占面积VCMA效率的变化。在这种结构中，高阶项与常见的界面VCMA竞争，从而降低了在较低CoFeB厚度下的效率。面积VCMA效率即使在有效CoFeB厚度超过约lnm时也不饱和。我们认为高阶项与CoFeB/MgO界面处的应变有关：由于CoFeB层的平均应变随其厚度变化，CoFeB/MgO界面的电子结构变化，导致区域磁各向异性能和VCMA效率的变化。
2017-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large spin Hall magnetoresistance and its correlation to the spin-orbit torque in W/CoFeB/MgO structures
重金属/铁磁体/氧化物结构中的自旋-轨道相互作用由于可以利用面内电流控制磁化方向而得到广泛的研究。这意味着存在一个相反的效果，在这种结构中的导电性应该取决于磁化方向。在这项工作中，我们报告了一个系统的研究的W/CoFeB/MgO结构的磁阻（MR）和它的相关性的电流感应转矩的磁化。我们观察到MR与磁化强度和电流方向之间的夹角无关，而是由自旋霍尔效应积累的磁化强度相对于自旋方向的相对取向决定的，这与所谓的自旋霍尔磁电阻具有相同的对称性。在W/CoFeB/MgO样品中的~1%的MR显著大于Ta/CoFeB/MgO或Pt/Co/AlOx的其它结构中的MR，这表明W的更大的自旋霍尔角。此外，MR和电流诱导磁化转换效率的类似W厚度依赖性表明它们共享相同的基础物理，这允许人们在非磁体/铁磁体结构中利用MR，以便理解密切相关的其他自旋-轨道耦合效应，例如逆自旋霍尔效应、自旋-轨道自旋转移力矩等。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and room temperature skyrmions in W/CoFeB/MgO thin films and microwires
最近的研究表明，缺乏结构反转对称性和具有高自旋轨道耦合的材料结构可以表现出手性磁织构和skyrmions，这可能是下一代存储设备的关键组成部分。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction）是一种反对称的交换相互作用，有利于相邻自旋的非共线取向。已经表明，具有高介电常数的材料系统可以通过自旋轨道力矩导致非常有效的畴壁和skyrmion运动。为了设计这样的装置，重要的是量化给定材料系统的介电常数。在这里，我们提取的重金属（HM）/铁磁体（FM）接口处的重金属，使用两个互补的测量方案，即不对称畴壁运动和磁条湮灭。通过使用两种不同的测量方案，我们发现对于W（5 nm）/Co20 Fe 60 B20（0.6nm）/MgO（2nm），λ分别为0.68 +/-0.05mJ/m2和0.73 +/-0.5mJ/m2。此外，我们表明，这种稳定的skyrmions在室温下，并有一个很强的依赖性的CoFeB合金的相对组成上的稳定的skyrmions。最后，我们使用不同的生长条件优化的层和界面，并证明，更高的沉积速率导致更均匀的膜，减少钉扎和skyrmions，可以操纵的自旋轨道扭矩。
2017-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Superparamagnetic dwell times and tuning of switching rates in perpendicular CoFeB/MgO/CoFeB tunnel junctions
磁性隧道结的薄电极可以在非常低的温度下显示出超顺磁性。我们分析了它们在不同温度、磁场和电场下的热致开关。虽然停留时间遵循阿克里先乌斯定律，但与单域激活模型相比，它们的数量级太小了。包括熵效应消除了这种不一致性，并导致磁激活体积远小于电极的磁激活体积。比较不同的势垒厚度的数据，然后允许分离的影响，泽曼能量，自旋转移扭矩和电压引起的各向异性变化的停留时间。基于这些结果，我们展示了通过结合磁场和电场来调整开关速率，这为它们在噪声神经网络中的应用开辟了一条道路。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Magnetic field sensor with voltage-tunable sensing properties
报道了一种基于CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的磁场传感器。通过利用CoFeB/MgO界面的垂直磁各向异性，传感层的磁化倾斜到面外，从而导致对面内磁场的线性响应。在场传感器的MgO隧道势垒两端施加偏置电压影响磁各向异性，从而影响其感测特性。最大灵敏度的增加和同时减少的磁场的工作范围由一个因素的两个被测量。基于这些结果，我们提出了一种电压可调传感器的设计，允许主动控制的灵敏度和工作领域的范围与所施加的偏置电压的强度和极性。
2012-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicularly magnetized CoFeB multilayers with tunable interlayer exchange for synthetic ferrimagnets
本文研究了MgO/CoFeB（1.1nm）/Ta（$t$）/CoFeB（0.8nm）/MgO多层膜系统，其中两层CoFeB被不同厚度的Ta中间层$t$隔开。从互补技术，如超导量子干涉磁强计，铁磁共振频率测量和布里渊光散射光谱推导出的磁化特性可以通过改变Ta的厚度之间的$t$ =0.25 nm，0.5 nm和0.75 nm进行调谐。对于$t$ =0.5 nm，观察到铁磁耦合，而对于t=0.75 nm，实现了构建合成亚铁磁体所需的反铁磁耦合。在后一种情况下，两个亚铁磁排列之间或一个亚铁磁排列和一个亚铁磁排列之间的磁畴壁的形状是非常不同的。这种行为可以解释为偶极以及层间交换能和畴壁钉扎的变化的结果，这是实现基于合成铁磁体和反铁磁体的数据存储设备的重要结论。
2016-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic investigation of the temperature and size dependence of the energy barrier of CoFeB/MgO nanodots
存储器设备中低功耗和高效率之间的平衡是新技术发展的主要限制因素。基于CoFeB/MgO磁性隧道结（MTJ）的磁性随机存取存储器（MRAM）由于其非易失性、高热稳定性和高效的操作性能而被提出作为替代当前技术的候选者。理解势垒的大小和温度依赖性以及跨越稳定配置之间的势垒的过渡机制的性质是MRAM发展中的关键问题。在这里，我们使用原子自旋模型来研究的CoFeB/MgO纳米点的能量势垒反转，以确定尺寸，温度和外场的影响。我们发现，在10-50 nm范围内的实际设备尺寸的能量势垒具有从相干畴壁驱动反转过程的过渡的复杂的行为特征。这样的过渡区是无法访问的简单的分析估计的能量障碍，防止一个独特的理论计算的热稳定性。的能量势垒的原子模拟给出了良好的协议与实验测量的类似的系统，这是在现有技术的状态，并可以提供指导的实验，确定合适的材料和MTJ堆叠与所需的热稳定性。
2019-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Layer thickness dependence of the current induced effective field vector in Ta|CoFeB|MgO
电流感生的有效磁场在磁性异质结构中的作用越来越受到人们的关注，因为它可以提供有效的方法来电操纵磁化。两种效应，称为Rashba自旋轨道场和自旋霍尔自旋力矩，据报道是产生有效场的原因。然而，缺乏对有效场的定量理解，包括其相对于电流的方向。本文给出了Ta |CoFeB| MgO异质结中电流感生有效场的矢量测量。有效场与Ta和CoFeB层的厚度有很大的关系。特别地，Ta层的1nm厚度变化可以导致有效场的近两个数量级的差异。此外，当Ta层厚度减小时，其符号改变，表明存在两种竞争效应对有效场有贡献。的有效场矢量分量的相对大小，定向横向和平行于电流，随着Ta厚度的变化而变化。我们的研究结果说明了深刻的特点，只有几个原子层厚的金属和它们对磁化动力学的影响。
2012-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Angular and temperature dependence of current induced spin-orbit effective fields in Ta/CoFeB/MgO nanowires
在金属/铁磁体/氧化物三层膜中电流感生自旋轨道有效磁场提供了一种新的方法来操纵磁化强度，这是一种替代传统的电流感生自旋转移力矩所产生的非共线磁化。Ta/CoFeB/MgO结构由于其垂直各向异性和大电流诱导的自旋轨道有效场而被期望用于非易失性存储器和逻辑器件。然而，许多方面，如角度和温度依赖的有效场的现象是很少了解。在这里，我们评估的角度和温度依赖性的电流诱导的自旋轨道有效场考虑从反常和平面霍尔效应的贡献。在300 K时，有效场的纵向和横向分量与磁化方向有很强的角度依赖关系。横向场随温度的降低而显著降低，而纵向场则表现出较弱的温度依赖性。我们的研究结果揭示了重要的功能，并提供了一个更全面的了解电流诱导的自旋轨道有效场的机会。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Low Temperature Functioning CoFeB/MgO Based Perpendicular Magnetic Tunnel Junction for Cryogenic Nonvolatile Random Access Memory
研究了CoFeB/MgO基垂直磁性隧道结（pMTJ）的准静态开关电压、高速脉冲写入误码率和低至9 K的耐温性能。pMTJ器件表现出高的磁阻（>120%）和可靠的（错误率<10-4）双向开关，具有2至200 ns的电压脉冲。在相同的写入条件下，器件在9 K下的耐久性超过300 K的耐久性三个数量级，在10 ns写入脉冲下工作超过10^12个周期。与350 K时的临界开关电压相比，9 K时的临界开关电压随脉冲宽度的增加而增加33%~ 93%。对毯式pMTJ膜堆叠的铁磁共振和磁化测量表明，增加的切换电压与随着温度降低的自由层的有效磁各向异性和磁化的增加相关联。我们的工作表明，基于CoFeB/MgO的pMTJ具有实现低温MRAM的巨大潜力，并且其低温磁化强度和有效磁各向异性可以进一步优化以降低操作功率并提高耐久性。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Interface control of the magnetic chirality in TaN|CoFeB|MgO heterosctructures
最近的进展，在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例，以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）在形成Neel型畴壁中起关键作用，该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动，自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里，我们表明，的符号，这决定了畴壁与电流移动的方向，可以通过修改相邻的非磁性层改变。我们发现当Ta底层掺杂氮时，在Ta |CoFeB| MgO异质结构中畴壁螺旋的旋转方向是相反的。Ta和氮掺杂的Ta底层的自旋霍尔角具有相同的符号，这表明在界面处限定了自旋霍尔角的符号。取决于旋转的方向，自旋转移力矩和自旋霍尔力矩可以相互竞争或相互帮助，从而影响用电流移动畴壁的效率。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous temperature dependence of current induced torques in CoFeB|MgO heterostructures with Ta based underlayers
研究了CoFeB中电流感生有效场的底层厚度和温度依赖关系|具有Ta基底层的MgO异质结构。有效场饱和的底层厚度在有效场的两个正交分量之间被发现是不同的，即类阻尼项倾向于在比类场项更小的底层厚度处饱和。对于大的底层厚度的薄膜中的有效场饱和，我们发现，温度显着影响的有效场的大小。一个显着的差异被发现在两个组件的温度依赖性：类阻尼项减少，而类场项增加，随着温度的升高。使用一个简单的自旋扩散-自旋转移模型，我们发现，所有这些结果可以解释提供的有效自旋混合电导的实部和虚部是负的。这些结果意味着，无论是在这个系统中的自旋输运是不同于传统的金属界面或影响其他自旋扩散到磁性层需要考虑，以准确地模拟系统。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface control of the magnetic chirality in CoFeB|MgO heterosctructures with heavy metal underlayers
最近的进展，在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例，以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）在形成Neel型畴壁中起关键作用，该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动，自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里，我们表明，在垂直磁化的X |CoFeB| MgO异质结构中，通过改变相邻的重金属底层（X），可以改变重金属的强度和符号。尽管具有相同的自旋霍尔角，但取决于底层，畴壁沿着或逆着电子流移动。我们发现，当底层由Hf变为W时，畴壁螺旋的旋转方向是相反的，并且畴壁螺旋的强度随重金属层的5d电子数的变化而变化。甚至可以通过向底层中添加氮来调节磁性，从而允许磁性异质结构中的磁性织构的界面工程。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant interfacial perpendicular magnetic anisotropy in MgO/CoFe/capping layer structures
基于CoFeB/MgO/CoFeB结构的磁性隧道结（MTJ）由于其在自旋转移矩磁性随机存储器（STT-MRAM）中的应用而引起人们极大的兴趣。为了获得高的热稳定性，需要大的界面垂直磁各向异性（PMA）。本文采用第一性原理计算研究了MgO/CoFe/覆盖层结构的磁各向异性能（MAE），其中覆盖层材料包括5d金属Hf，Ta，Re，Os，Ir，Pt，Au和6p金属Tl，Pb，Bi。我们证明了通过使用合适的封盖材料来增强PMA是可行的。在用Hf、Ta、Os、Ir和Pb作覆盖材料的结构中发现了相对大的PMA。更重要的是，MgO/CoFe/Bi结构产生了巨大的PMA（6.09 mJ/m2），这是MgO/CoFe/Ta结构的大约三倍大。MAE的起源阐明了检查的贡献MAE从每个原子层和轨道。这些发现提供了对PMA的全面理解，并指出了实现具有高热稳定性的高级节点STT-MRAM的可能性。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Revealing nanoscale disorder in W/CoFeB/MgO ultra-thin films using domain wall motion
在超薄磁性薄膜中，无序能显著阻碍畴壁运动。在通往基于有效畴壁的器件的道路上的主要问题之一仍然是在纳米尺度上的钉扎景观的表征。在本文中，我们研究的W/CoFeB/MgO薄膜的垂直磁各向异性的结晶退火在400 $^{\circ}$ C和一个过程的基础上的He $^{+}$照射结合高温的磁畴壁运动。磁性能是相似的，为整个系列的样品，而磁畴壁迁移率是在辐照样品中的关键改善。通过使用一个分析模型来提取纳米级的钉扎参数，我们揭示了结晶样品的无序的重要变化。这项工作提供了一个独特的机会，有选择地分析的影响，在畴壁动力学的障碍，没有磁性能的变化的贡献。我们的研究结果强调了在设计基于畴壁运动的器件时评估材料的纳米级钉扎参数的重要性，这反过来可以成为探测超薄磁性膜中的无序的有力工具。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-controlled antiferromagnetism in magnetic tunnel junctions
我们证明了在CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中的电压控制的交换偏置效应，该效应与在CoFeB电极和MgO势垒之间形成的界面Fe（Co）Ox有关。界面反铁磁性，巨隧穿磁电阻，和急剧切换的磁化CoFeB的独特组合允许灵敏的检测交换偏置。发现在低温下，交换偏置场可以由磁场等温控制。更重要的是，交换偏置也可以有效地操纵的电场施加到MgO势垒由于电压控制的反铁磁各向异性在这个系统中。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The current-induced spin-orbit torque and field-free switching from Mo-based magnetic heterostructures
Mo/CoFeB/MgO磁性异质结构具有很强的垂直磁各向异性和热稳定性。通过电流感生磁滞回线位移的测量，我们发现Mo/CoFeB/MgO异质结构的类阻尼自旋轨道矩（SOT）效率为$ξ_{DL}\approx -0.003\pm 0.001$，并且在300 $^\circ$ ~ 400 $^\circ$ C范围内与退火温度无关。虽然$|ξ_{DL}|$与Ta或W基异质结构相比很小，但仍然可以实现热稳定的Mo/CoFeB/MgO异质结构的可逆电流诱导SOT开关。此外，我们观察到无场电流诱导开关从Mo/CoFeB/MgO结构与Mo层被楔形沉积。我们的研究结果表明，即使是一个弱的自旋轨道相互作用的4d过渡金属，如钼，它仍然有可能产生足够的自旋电流为传统的SOT开关和实现无场电流感应开关的结构工程。
2018-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain structure in CoFeB thin films with perpendicular magnetic anisotropy
用磁光克尔效应显微镜观察了不同温度下具有垂直易磁化轴的CoFeB MgO薄膜的磁畴结构。通过分析条纹畴的空间周期，并将已建立的畴模型拟合到周期上，得到畴壁表面能。结合SQUID测量的磁化强度和各向异性能，这导致在这些薄膜中的交换刚度和畴壁宽度的估计。这些参数对于确定畴壁是否将在由这些材料制成的图案化结构和器件中形成是必不可少的。
2012-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Universal domain wall dynamics under electric field in Ta/CoFeB/MgO devices with perpendicular anisotropy
铁磁/氧化物电介质结构中的电场效应提供了一种以低功耗控制畴壁动力学的新途径。然而，电场对DW速度的影响到目前为止只观察到在蠕变制度，DW速度低，由于强相互作用与钉扎网站。在这里，我们展示了具有垂直磁各向异性的Ta/Co 40 Fe 40 B20/MgO/TiO 2结构中从蠕变到流动状态范围内的DW速度的栅极电压调制。我们证明了一个通用的描述的作用，施加的电场在各种钉扎依赖的制度，考虑到一个有效的磁场是线性的电场。此外，发现电场效应在Walker机制中改变符号。我们的工作为铁磁金属/绝缘体界面电场效应的研究和优化提供了新的机会。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ballistic spin-transport properties of magnetic tunnel junctions with MnCr-based ferrimagnetic quaternary Heusler alloys
研究了CoCrMnZ四元Heusler合金作为MgO基磁性隧道结电极的适用性，证实其具备机械稳定性、高自旋极化与1000%量级的TMR比，且高居里温度使TMR比温度依赖性更弱。
2023-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermal-magnetic noise measurement of spin-torque effects on ferromagnetic resonance in MgO-based magnetic tunnel junctions
铁磁共振热磁噪声（T-FMR）可以用来测量纳米磁性隧道结（MTJ）的磁垂直各向异性。为此目的，T-FMR测量进行了与外部磁场高达14千奥斯特施加垂直于膜表面的MgO为基础的MTJ下的直流偏置。观察到的频率-场关系表明，20 A CoFeB自由层具有比CoFeB的本征体值小得多的有效退磁场，其中4PiMeff =（6.1 +/- 0.3）kOe。这个值是一致的饱和磁场从相同的CoFeB厚度的扩展膜上的磁力测量。另一方面，面内T-FMR对于有效退磁场显示出不太一致的结果，这可能是由于更复杂模式的激发。这些实验表明，垂直T-FMR是首选的纳米MTJ的定量磁表征。
2009-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
