Magnetization Switching in van der Waals Systems by Spin-Orbit Torque
本文综述范德华材料产生的自旋电流诱导磁化翻转的研究进展，涵盖SOT与范德华材料基础及其在低功耗磁存储和逻辑中的应用。
2023-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization dynamics with a spin-transfer torque
采用微磁学模拟方法研究了横向尺寸为64 $\times$ 64 nm $^2$的自旋阀柱在自旋转移矩作用下的磁化反转和动力学行为.自旋力矩既具有磁阻尼（或反阻尼）的特性，又具有有效磁场的特性。对于稳态电流，M-I和M-H磁滞回线都表现出独特的特征，包括多次跳跃、不寻常的平台和岁差状态。这些状态源于吉尔伯特阻尼引起的能量耗散与自旋电流提供的自旋力矩引起的能量积累之间的竞争。即使对于稳态电流，磁能也作为时间的函数振荡。对于脉冲电流，实现电流驱动的磁化反转的自旋扭矩的最小宽度和幅度的定量确定。自旋力矩也显示出非常有趣的热激活，这是从根本上不同于普通的阻尼效应。
2003-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Critical current under an optimal time-dependent polarization direction for Stoner particles in spin-transfer torque induced fast magnetization reversal
研究了自旋极化电流引起的自旋转移力矩对单轴Stoner粒子快速磁化反转的影响。结果发现，具有适当设计的时间相关的极化方向的电流可以显着降低所需的临界电流密度反转磁化。在电流大小和极化程度不随时间变化的条件下，得到了最佳极化方向随时间变化的形状，使得磁化反转最快。
2006-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Orbital torque switching of perpendicular magnetization in light metal/ferrimagnet bilayers
本文在轻金属/亚铁磁双层中演示了垂直磁化的轨道矩翻转，并通过调控Gd成分将力矩效率提高四倍，证明轻金属与稀土-过渡金属亚铁磁体可用于高效轨道电子学器件。
2024-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Switching of Perpendicularly Polarized Nanomagnets with Spin Orbit Torque without an External Magnetic Field by Engineering a Tilted Anisotropy
自旋轨道力矩（SOT）提供了一种有效的方式产生自旋电流，有望显着降低开关纳米磁体所需的电流。然而，由于对称性原因，面内电流生成的SOT不能确定性地切换垂直极化的磁体。另一方面，对于高密度数据存储应用，垂直极化磁体优于面内磁体，因为它们在超尺度尺寸中具有显著更大的热稳定性。在这里，我们表明，它是可能的开关垂直极化的磁铁SOT，而不需要一个外部磁场。这是通过设计磁体中的各向异性来实现的，使得磁易轴稍微倾斜远离膜法线。这种倾斜的各向异性打破了问题的对称性，并使确定性地切换磁体成为可能。使用一个简单的Ta/CoFeB/MgO/Ta异质结，我们证明了可逆的磁化切换通过反转所施加的电流的极性。该演示提出了一种新的方法来控制纳米磁体与自旋轨道扭矩。
2015-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reduction of current for magnetization switching in a nanomagnet with perpendicular anisotropy by spin-splitter torque
该研究通过宏自旋模型分析SST驱动的垂直各向异性纳米磁体翻转，表明优化极角和电流脉冲可大幅降低阈值电流与错误率，为低功耗SST-MRAM提供依据。
2025-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Inplane spin orbit torque magnetization switching and its detection using the spin rectification effect at sub-GHz frequencies
使用自旋整流效应检测坡莫合金/铂双层膜的面内磁化反转。利用亚GHz微波频率在双层膜中激发自旋矩铁磁共振（STFMR），在0 mT的静态磁场周围产生两个离散的直流电压。这些离散电压取决于坡莫合金的磁化方向，并能够检测面内磁化反转。磁化反转的阈值电流密度为10至20 MA/cm ^2，与已知的面内磁化材料的自旋轨道扭矩（SOT）切换的数量级相同。信号的幅度与典型的ST FMR信号的幅度相同或更大;也就是说，磁化切换的检测是高度敏感的，尽管偏离最佳ST-FMR条件。所提出的方法是适用于一个简单的器件结构，即使是一个小的铁磁电极的宽度为100 nm。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Interface enhanced spin-orbit torques and current-induced magnetization switching of Pd/Co/AlO$_x$ layers
结合了大自旋轨道力矩效率、垂直磁各向异性和低电阻率的磁性异质结构是开发电控存储器和逻辑器件的关键。在这里，我们报告的矢量测量的电流引起的自旋轨道转矩和磁化翻转在垂直磁化的Pd/Co/AlO $_x$层作为Pd厚度的函数。我们发现相当大的阻尼类（DL）和类场（FL）的扭矩，1~mT每$10^7$ ~A/cm $^2$，具有不同的厚度和磁化角的依赖关系。利用漂移扩散理论对单位电流密度和电场下的DL转矩效率进行了分析，得到Pd的有效自旋霍尔角和自旋扩散长度分别大于0.03和7 nm。FL SOT包括一个显着的界面贡献，大于估计使用漂移扩散参数，并进一步强烈增强旋转的磁化从面外到面内方向。最后，利用该系统中的大自旋轨道转矩，我们证明了双极磁化开关的Pd/Co/AlO $_x$层与类似的电流密度用于Pt/Co层具有可比的垂直磁各向异性。
2017-01-07 cond-mat.mtrl-sci
The Central Role of Tilted Anisotropy for Field-Free Spin-Orbit Torque Switching of Perpendicular Magnetization
本研究针对垂直磁各向异性系统中自旋轨道矩翻转需外加磁场的问题，发现铂基异质结构的生长可诱导倾斜磁各向异性，实现无场电流驱动的确定性磁化翻转，并揭示其类阻尼矩及有效场非线性特征，纠正了相关误判。
2023-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally assisted magnetization reversal in the presence of a spin-transfer torque
我们提出了一个广义随机Landau-Lifshitz方程和相应的Fokker-Planck方程，用于描述自旋转移矩存在时的磁化动力学。由于自旋转移矩可以将磁能泵入磁系统，因此磁系统的平衡温度是不确定的。我们引入了一个有效的温度的基础上固定的解决方案的福克-普朗克方程。在高能垒极限下，导出了热扰动定律。我们发现，Néel-Brown弛豫公式仍然有效，只要我们用一个有效的温度是线性依赖于自旋力矩。我们对随机Landau-Lifshitz方程进行了数值积分来支持我们的理论。我们的结果与现有的实验数据一致。
2004-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque-induced magnetization dynamics in ferrimagnets based on Landau-Lifshitz-Bloch Equation
建立了一个基于Landau-Lifshitz-Bloch方程的理论模型来研究亚铁磁体中的自旋扭矩效应。实验结果，如温度依赖性，自旋力矩的峰值，和角动量补偿，可以很好地捕捉。与铁磁系统相比，亚铁磁系统中的开关轨迹是无进动的。两个亚晶格并不总是共线的，这会产生较大的交换场，影响磁化动力学。材料成分的研究表明，存在一个振荡区，在中等电流密度，引起的非确定性开关。与Landau-Lifshitz-Gilbert模型相比，我们基于Landau-Lifshitz-Bloch方程建立的模型能够系统地研究自旋力矩效应，并对铁磁基器件进行评估.
2018-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of spin-orbit-torque-assisted magnetization dynamics in Co/Pt bilayers: Importance of the orbital torque
本研究结合第一性原理计算与原子尺度自旋动力学模拟，定量分析Pt/Co双层膜中的自旋与轨道矩，揭示被忽视的诱导轨道矩及界面Pt矩对磁化翻转的关键作用。
2025-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Switching of Perpendicular Magnetization by Spin-Orbit Torque
本文综述了通过自旋轨道力矩实现垂直磁化翻转的最新进展与挑战，涵盖自旋电流产生、翻转机制与策略、电流密度及材料选择，并总结了原型 SOT 存储与逻辑器件的进展。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced magnetization switching using electrically-insulating spin-torque generator
通过自旋轨道矩（SOTs）实现的电流诱导磁化翻转是自旋轨道电子学的基本组成部分。SOT通常由重金属的自旋-轨道耦合引起。然而，即使在金属磁体被两个不同的绝缘体夹在中间的异质结构中，由于反转对称性的破坏，预计也会产生非零电流感应的SOT;电绝缘体可以是自旋扭矩发生器。在这里，我们展示了电流诱导的磁化切换使用绝缘体。我们发现，氧掺入到最广泛使用的自旋电子材料，铂，变成一个电绝缘发电机的SOTs的重金属，使电开关的垂直磁化铁磁夹在电绝缘氧化物。我们进一步发现，从Pt氧化物产生的SOT可以通过电压驱动的氧迁移进行电控制。这些发现为基于重金属氧化物固态开关的节能、电压可编程自旋轨道器件开辟了一条道路。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Mixed Weyl semimetals and dissipationless magnetization control in insulators by spin-orbit torques
通过电诱导自旋轨道转矩的可靠且能量有效的磁化切换对于实现存储器和逻辑功能的自旋电子器件具有关键的技术相关性。在这里，我们预测的自旋轨道转矩和相关的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的强度在拓扑非平凡的磁性绝缘体可以远远超过传统的金属磁体。在类比的量子异常霍尔效应，我们解释这种非凡的响应在没有纵向电流的磁单极子的电子结构的系统，最自然的解释框架内的混合外尔半金属的标志。因此，我们推出的自旋轨道扭矩的影响到领域的拓扑结构，并揭示其介导的拓扑相变由于磁化方向和动量空间拓扑结构之间的复杂的相互作用而产生的至关重要的作用。本文提出的概念可用于理解和利用绝缘铁磁体和反铁磁体中的磁电耦合现象。
2017-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque-induced switching of perpendicular magnetization at room temperature in WTe2/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道矩（SOT）是实现电荷-自旋转换的有效方法，它可以改变垂直磁化强度，这对于设计新型高能效自旋电子器件至关重要。面外SOT可以直接切换垂直磁化。令人鼓舞的是，最近报道了二维（2D）材料WTe 2/铁磁体（FM）双层的无场垂直磁化翻转，但工作温度（200 K）低于室温。在这里，我们报告的无场垂直磁化翻转在室温下进行的WTe 2/Pt/Co/Pt多层膜。受控实验证实了无场开关是由Pt/Co/Pt多层膜中产生的面内反阻尼SOT和a轴WTe 2薄膜中产生的面外反阻尼SOT引起的。这项工作为在室温下使用二维材料制成的自旋电子器件提供了一种潜在的方法。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Basic considerations for magnetization dynamics in the combined presence of spin-transfer torques and thermal fluctuations
本文回顾了Gilbert磁化动力学的基本理论特征的单畴磁性薄膜在Slonczewski自旋转移力矩的存在下，考虑和不考虑热涨落。而不是显示详细的数值计算的结果，这里的讨论仅限于基本的分析结果和结论，这些结果和结论大多可以从简单的运动方程的形式，以及基于经典的稳定性分析和波动耗散定理的基本考虑。目前的工作描述了如何有趣的功能自旋转移可能被视为产生自非平衡热力学，是一个直接后果的非互易性质的自旋转移扭矩。本文讨论了相当普遍的结果自旋扭矩引起的不稳定性，没有热波动，以及热激活的磁化反转的情况下，在单轴器件中的组合存在的外部磁场，热波动，和自旋转移扭矩。结果将进行讨论，并简要地比较和对比与以前的工作。
2004-06-21 cond-mat.mtrl-sci
The dominancy of damping like torque for the current induced magnetization switching in Pt/Co/W multilayers
两类自旋轨道耦合（SOC）机制被认为是自旋轨道矩（SOT）的候选源：强SOC重金属中的自旋霍尔效应（SHE）和由材料表面和界面的反转对称性破缺引起的Rashba效应。在这项工作中，我们研究了垂直磁化的Pt/Co/W薄膜的SOT，并与Pt/Co/AlOx薄膜的结果进行了比较。理论上，在自旋霍尔角符号相反的三层非对称结构的情况下，由于SHE和Rashba效应引起的类阻尼力矩和类场力矩都将得到增强。利用谐波测量，我们表征了类阻尼力矩和类场力矩对应的有效场，但我们发现类阻尼力矩在Pt/Co/W薄膜中占主导地位。这与Pt/Co/AlOx薄膜中的结果有很大的不同，在Pt/Co/AlOx薄膜中，类阻尼扭矩和类场扭矩都很强。
2018-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching by spin-orbit torque in an antiferromagnet/ferromagnet bilayer system
自旋轨道力矩（SOT）诱导的磁化翻转显示出实现超快和可靠的自旋电子器件的希望。通过SOT的垂直磁化的双极开关在与所施加的电流共线的面内磁场下实现。迄今为止研究的典型结构包括非磁性/铁磁性（NM/FM）双层，其中NM中的自旋霍尔效应负责开关。在这里，我们表明，反铁磁/铁磁（AFM/FM）双层系统也表现出SOT大到足以切换FM的磁化。在这个材料系统中，由于原子力显微镜的交换偏置效应，我们观察到开关下没有施加的电场，通过使用反铁磁PtMn和铁磁Co/Ni多层膜与垂直的易轴。此外，定制堆叠实现了类似忆阻器的行为，其中可以以模拟方式控制反向磁化的一部分。因此，AFM/FM系统是SOT设备的一个很有前途的构建模块，并提供了一个有吸引力的神经形态计算的途径。
2015-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques induced by interface-generated spin currents
通过自旋-轨道耦合产生的磁转矩保证了高能效的自旋电子器件。控制这些扭矩对于应用程序非常重要，以便在没有外部磁场的情况下切换具有垂直磁化的薄膜。一种建议的方法使用磁性三层，其中可以通过改变底层的磁化来操纵顶部磁性层上的扭矩。在底部磁性层或其界面中产生的自旋电流穿过间隔层并对顶部磁化施加扭矩。在这里，我们展示了无场开关在这样的结构，并将其归因于一个新的自旋电流在底层和间隔层之间的界面处产生的。测得的扭矩有一个明显的依赖底层的磁化，这是一致的界面产生的自旋电流，但不是预期的散装效果。这种另一种界面产生的自旋轨道力矩将使自旋电子器件的能量有效控制成为可能。
2017-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Roles of non-equilibrium conduction electrons on magnetization dynamics of ferromagnets
铁磁体的自旋相关导电和磁化动力学之间的相互依赖性是各种自旋相关现象的关键机制。在含时半经典输运理论中，我们计算了传导电子自旋对随时间和空间变化的磁化强度${\bf M} ({\bf r},t)$的响应。我们表明，诱导的非平衡传导自旋密度反过来又产生四个作用于磁化的自旋力矩-每个力矩在磁化动力学中扮演不同的角色。通过与最近的理论模型进行比较，我们发现，这些扭矩之一，以前没有被确定是至关重要的一致解释畴壁运动的实验数据。
2004-07-09 cond-mat.mtrl-sci
CoFeAlB alloy with low damping and low magnetization for spin transfer torque switching
研究了Al掺杂对CoFeB合金磁性能的影响。比较测量了CoFeB和CoFeAlB薄膜的饱和磁化强度、Gilbert阻尼参数$α$和交换常数随退火温度的变化。我们的研究结果表明，CoFeAlB相比，CoFeB的磁化强度大幅降低。如果所制备的CoFeAlB薄膜是非晶的，与CoFeB合金相比，阻尼参数$α$不受Al掺杂的影响。相反，在结晶CoFeAlB膜的情况下，发现$α$被还原。此外，X-射线表征和交换常数随退火温度的演变表明在两种合金中类似的结晶过程。这些数据证明了CoFeAlB的自旋扭矩切换性能的适用性，其中与CoFeB相比，切换电流的减少是预期的。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching induced by spin-orbit torque from Co2MnGa magnetic Weyl semimetal thin films
研究了Co2 MnGa磁性Weyl半金属（WSM）薄膜中自旋电流产生的自旋轨道矩（SOT）引起的磁化翻转。我们在MgO（001）衬底上外延生长了具有高度B2有序结构的Co2 MnGa薄膜。在Co2 MnGa/Ti/CoFeB异质结中进行了SOT的谐波霍尔测量，获得了较大的自旋霍尔效率（-7.8%），并进一步证实了垂直磁化CoFeB层的SOT感生磁化翻转.二次谐波信号的对称性，自旋霍尔效率的厚度依赖性，和移动的反常霍尔环下施加电流进行了研究。本研究不仅有助于理解磁性WSM基异质结产生自旋电流的机制，而且为磁性WSM在自旋电子器件中的应用奠定了基础。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative characterization of spin-orbit torques in Pt/Co/Pt /Co/Ta/BTO heterostructure on the magnetization azimuthal angle dependence
深入理解重金属/铁磁体异质结构中的自旋-轨道相互作用对于利用自旋霍尔和Rashba效应开发自旋-轨道矩自旋电子学器件至关重要。虽然SOT有效场对面外磁化角依赖性的研究已经比较广泛，但对面内磁化角依赖性的理解仍然未知。在这里，我们解析地提出了一种方法来计算SOT的有效字段作为在垂直磁各向异性（PMA）结构中使用谐波霍尔技术的面内磁化角的函数。利用推导的公式研究了两种不同的PMA样品，Pt/Co/Pt/Co/Ta/BaTiO_3（BTO）测试样品和Pt/Co/Pt/Co/Ta参考样品。我们的测量结果表明，只有测试样品与BTO帽层的阻尼场表现出面内磁化角的依赖性，而没有角度的依赖性被发现在参考样品。BTO层的存在下，在测试样品中，这引起了在界面处的Rashba效应，归因于作为阻尼场的角度依赖性的源。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Interface-induced field-like optical spin torque in a ferromagnet/heavy metal heterostructure
利用光学螺旋度调控金属铁磁体的磁化强度是未来光自旋电子器件的研究热点。近年来，在铁磁薄膜中观测到了光学螺旋度对磁化强度的诱导力矩{ \it光学自旋力矩}。然而，铁磁/重金属异质结构中的光学自旋力矩的界面效应迄今尚未得到解决，其被广泛用于通过电学手段有效地控制磁化。在这里，我们研究了铁磁/重金属异质结中的光学自旋力矩矢量，并观察到面内场的光学自旋力矩随着铁磁层厚度的减小而显著增加。用结构反转对称性破缺引起的光学Rashba-Edelstein效应解释了类界面场光学自旋矩。这项工作将有助于有效的光学操纵的薄膜纳米磁体使用光学螺旋。
2021-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Current-Driven Magnetization Dynamics in Magnetic Multilayers
我们开发了一个量子模拟的经典自旋力矩模型的电流驱动的磁动力学。在有限场中，电流驱动的磁激励变得显著非相干。这种激发是由一个有效的磁温度，而不是在自旋扭矩模型的相干进动。然而，无论是自旋扭矩和有效温度近似给出定性相似的开关图在电流场坐标，显示需要详细的实验，以建立适当的物理模型电流驱动的动力学。
2003-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Parameter dependence of resonant spin torque magnetization reversal
我们数值研究超快共振自旋力矩（ST）磁化反转的磁隧道结（MTJ）驱动的电流脉冲具有直流（DC）和共振交流（AC）组件。单畴MTJ自由层单元的进动ST动力学在宏观自旋近似下建模。研究了直流电流幅值、交流电流幅值、交流频率和交流相位等脉冲参数变化时，逆变器的能量效率、逆变时间和逆变可靠性。我们发现一个范围内的AC和直流电流的振幅，其中获得更快的开关时间和降低的能量消耗，每个脉冲相比，纯粹的直流ST反转鲁棒的谐振ST反转。然而，在一定的交流和直流电流幅值范围内，反转特性与交流频率和相位有很强的依赖关系，在ST存储器应用中必须避免这种反转不可靠的区域。
2010-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Energy-efficient picosecond spin-orbit torque magnetization switching in ferro- and ferrimagnetic films
本文通过展宽皮秒脉冲的方法，系统量化了铁磁与亚铁磁薄膜中跨越7个数量级脉冲宽度下SOT磁化翻转的能量成本，发现皮秒级脉冲可使能耗降低超一个数量级，并揭示翻转机制由非相干向相干转变，为高速低能耗SOT存储器提供依据。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Spin-Orbit Torques and Magnetization Switching through Interface Engineering
自旋-轨道力矩的起源是由电荷-自旋电流的转换产生的，这一点有相当大的争议。深入理解其背后的物理过程是发展异质结中电流和电压控制开关动态特性的关键。最近观察到的场自由切换（Phys. 120，117703（2018））在Pt/W/CoFeB结构加剧了这样的争论。在这里，我们推导出一个公式来评估当电流流过异质结构时产生的垂直有效场，考虑到两个正常金属层之间的大电阻率差和在界面处产生的化学电势梯度。再加上最近的X射线光电子能谱学的研究结果在界面的Pd/CoFeB结构，我们得出结论，一个新的扭矩产生的场自由开关可能发挥关键作用。所提出的模型和机制与以前报道的自旋电流注入和场自由开关使用不同的界面工程方法。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of spin orbit torque driven dynamics in ferromagnetic heterostructures
我们使用时间分辨（TR）测量的基础上的极性磁光克尔效应（MOKE）的自旋轨道力矩激发的磁化动力学研究在Py（坡莫合金）/Pt和Ta/CoFeB双层膜。分析表明，类场（FL）自旋轨道力矩（SOT）决定了磁化旋进的第一个振荡周期的振幅，类阻尼（DL）力矩决定了最终的稳态磁化强度.在我们的双层样品中，我们提取了有效字段，hFL和hDL，从时间分辨的磁化振荡谱的两个SOT。提取的值是在良好的协议与时间积分DCMOKE测量中提取的，这表明SOTs不改变在高频率。我们还发现，第一个振荡的振幅比的稳定状态是线性比例的比率hFL/hDL。第一振荡幅度与沿电流方向施加的外部场成反比，而稳态值与沿电流方向施加的外部场无关。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Efficient magnetization switching driven by orbital torque originating from light 3d-transition-metal nitrides
Research Center for Magnetic and Spintronic Materials (CMSM), National Institute for Materials Science (NIMS)（物质材料研究机构（NIMS）磁性自旋电子材料研究中心）；Faculty of Electrical Engineering and Electronics, Kyoto Institute of Technology（京都工艺纤维大学电气电子工程学院）
利用轻3d过渡金属氮化物VN的轨道霍尔效应实现高效磁化开关，展示了[Co/Pt]3多层结构的高扭矩效率。
2026-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium thermodynamic study of magnetization dynamics in the presence of spin-transfer torque
研究了自旋转移矩存在下的磁化动力学。利用非平衡态热力学中的局域平衡假设，导出了自旋电流存在时磁化强度的运动方程。我们表明，在所得的方程中，吉尔伯特阻尼常数，$α$，和系数，$β$，电流引起的扭矩，称为非绝热扭矩的比率，取决于弛豫时间的波动场$τ_{c}$。当$τ_c$与磁化动力学的时间尺度相比非常短时，等式$α=β$成立。我们应用我们的理论在磁性多层膜的电流感应磁化反转，并表明开关时间是$τ_{c}$的递减函数。
2008-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light-induced torque in ferromagnetic metals via orbital angular momentum generated by photon-helicity
本研究通过探究Co$_{1-x}$Pt$_{x}$合金薄膜中光子螺旋度诱导的磁化进动，发现了单个铁磁层中未被讨论的类阻尼力矩，并基于自旋轨道耦合模型阐明了力矩的成分依赖性，增进了对磁金属中光子螺旋度与磁化相互作用物理机制的理解。
2025-02-15 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
All electrical manipulation of magnetization dynamics in a ferromagnet by antiferromagnets with anisotropic spin Hall effects
利用直流偏置电流调谐的自旋矩铁磁共振研究了金属CuAu-I型反铁磁体的自旋轨道矩。所观察到的自旋力矩主要来自自旋霍尔效应产生的自旋电流的扩散输运。通过研究外延样品，我们发现了自旋力矩的生长取向依赖性，这可能与自旋霍尔效应的各向异性有关。观察到的各向异性是一致的第一性原理计算的内在自旋霍尔效应。我们的工作证明了磁有序材料中的大的可调自旋轨道效应。
2015-09-21 cond-mat.mtrl-sci
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 Torques and Anisotropic Magnetization Damping in Skyrmion Crystals
手征磁体中磁化梯度的长度尺度由相对论性的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用决定。因此，即使是传统的自旋转移扭矩控制的相对论自旋轨道耦合在这些系统中，和额外的相对论修正电流引起的扭矩和磁化阻尼成为重要的电流驱动的磁化动力学的完整理解。本文从理论上研究了立方手征磁体中反应性和耗散性的均匀自旋轨道矩以及各向异性阻尼对电流驱动Skyrmion动力学的影响。我们的研究结果表明，自旋轨道力矩起着显着的作用，电流诱导的skyrmion速度。耗散的自旋轨道力矩在skyrmions上产生相对论性的马格努斯力，而反应性的自旋轨道力矩产生对沿电流方向的漂移速度和与马格努斯力相关的横向速度的校正。自旋-轨道力矩对速度的修正与skyrmion尺寸成线性关系，与自旋-轨道耦合成反比。因此，反应性自旋轨道力矩修正可以是与非相对论贡献相同的数量级。更重要的是，耗散自旋轨道扭矩可以是主导力，导致偏转运动的skyrmions，如果扭矩表现出线性或二次关系的自旋轨道耦合。此外，我们证明了skyrmion速度是由各向异性磁化阻尼参数所决定的skyrmion的大小。
2013-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Angular momentum transfer torques in spin valves with perpendicular magnetization
自旋阀结合垂直磁化材料是有前途的结构，用于存储元件和高频发生器。本文报道了用第一性原理电路理论计算的具有垂直平衡磁化的自旋阀中自旋转移矩的角度依赖性，并与W.H. Rippard c.s. [Phys. Rev. B 81，014426（2010）]在CoFe |Cu| CoNi系统上进行。此外，我们预测当铜间隔层被钌层取代时，会出现非单调（“波浪”）的自旋转移矩。
2011-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental observation of the optical spin transfer torque
自旋转移力矩是其中进入铁磁体的自旋极化电流的角动量被转移到磁化的现象。该效应开辟了磁性纳米结构中电驱动磁化动力学的新研究领域，对新一代存储器件和可调谐振荡器的发展具有重要作用。激光脉冲对磁系统的光激发是一个独立的研究领域，其目的是探索短时间尺度下的磁化动力学，并实现超快自旋电子器件。我们报道了光学自旋转移力矩的实验观察，这是几年前在自旋电子学研究的这两个领域之间建立桥梁的理论预测。在泵浦-探测光学实验中，我们测量了（Ga，Mn）As铁磁半导体在圆偏振激光脉冲激发下的相干自旋进动。在泵浦脉冲期间，由吸收的光产生的光载流子的自旋角动量被转移到铁磁体的集体磁化。我们解释所观察到的光学自旋转移力矩和磁化进动，它触发的定量微观水平。将自旋转移物理引入光学引入了与先前报道的磁体的热和非热激光激发完全不同的机制。将光学引入自旋转移力矩领域，使探索和利用这些现象的时间尺度减少了几个数量级。
2012-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque magnetization switching in MoTe2/permalloy heterostructures
通过自旋-轨道感应转矩来切换磁性元件的能力最近吸引了很多关注，以实现具有低功耗的高性能非易失性存储器。实现有效的基于自旋-轨道的切换需要利用新材料和新物理来获得高的电荷-自旋转换效率，因此使得自旋源的选择至关重要。在这里，我们报告的观察自旋-轨道转矩开关的双层组成的半金属膜的1 T '-MoTe 2相邻坡莫合金。确定性开关实现没有外部磁场在室温下，和开关发生的电流的一个数量级小于那些典型的设备使用性能最好的重金属。如果除了体自旋霍尔效应之外还考虑界面自旋-轨道贡献，则可以理解厚度依赖性。进一步减少三倍的开关电流证明与诉诸哑铃形的磁性元件。这些发现预示了MoTe 2在低功率半金属材料自旋器件中的应用前景。
2020-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Time-Domain Studies of Very-Large-Angle Magnetization Dynamics Excited by Spin Transfer Torques
我们描述的时域测量提供了新的信息，大角度的非线性动力学的纳米磁体从自旋极化电流的自旋转移力矩激发。取样示波器测量，平均超过数千个实验时间轨迹，表明自旋转移驱动的磁开关的平均反转时间有一个阶梯状的依赖于磁场，因为一个整数的进动周期是需要反转。示波器测量的个别实验痕迹揭示非周期性的大幅度电阻变化的值的磁场和电流之间的交叉区域的制度的自旋转移驱动的开关和稳态进动。我们还直接观察到存在的时间相关的开关，在纳秒尺度上，在不同的岁差模式和岁差模式和静态之间，在特定值的磁场和电流偏置。
2007-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of relativistic field-derivative torque in nonlinear THz response of magnetization dynamics
本文通过双太赫兹脉冲激发稀土铋掺杂铁石榴石，发现传统塞曼力矩不足以解释观测到的非线性磁化动力学，需引入额外的相对论性场导数力矩，为光控磁系统技术提供新基础。
2024-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin Transfer Torque for Continuously Variable Magnetization
在自由电子Stoner模型下，对一维连续磁化系统的自旋电流和自旋转移矩进行了量子和半经典计算，得到了无限自旋螺旋的解析结果和真实畴壁轮廓的数值结果.绝热极限描述了传导电子自旋，其遵循交换场和由壁中的磁化梯度产生的有效的速度依赖场的总和。非绝热效应出现短畴壁，但其幅度呈指数下降的壁宽增加。我们的研究结果怀疑最近提出的非绝热贡献的自旋转移力矩由于自旋翻转散射的存在。
2006-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torques in ferrimagnetic GdFeCo Alloys
研究了富过渡金属（TM）和富稀土（RE）两种结构的亚铁磁性Gd $_x$（Fe $_{90}$ Co $_{10}$）$_{100-x}$薄膜的自旋-轨道转矩开关。自旋-轨道扭矩驱动的磁化切换遵循相同的偏手性在TM-丰富和RE-丰富的样品相对于总磁化，但偏手性的切换是相反的相对于TM磁化。这表明自旋-轨道-转矩驱动的磁切换的符号遵循总磁化，尽管基于输运的技术（诸如异常霍尔效应）仅对过渡金属磁化敏感。这些结果为研究反铁磁耦合亚晶格材料中自旋角动量转移的物理性质提供了重要的理论依据。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit-torque magnetization switching of a three terminal perpendicular magnetic tunnel junction
本文报道了三端垂直磁性隧道结的自旋-轨道力矩电流感生磁化翻转和隧道磁电阻效应读出。该器件由Ta电流线顶部的垂直Ta/FeCoB/MgO/FeCoB叠层组成。底部FeCoB层的磁化可以通过在存在面内偏置磁场的情况下在Ta层中注入密度为$5\times10^{11}$ A/m $^2$的电流脉冲来可再现地切换，从而导致TMR信号的满量程变化。我们的工作证明了一个垂直自旋轨道力矩磁存储单元的概念。
2013-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbit-transfer torque driven field-free switching of perpendicular magnetization
通过电控制反转垂直磁化（PM）对于低功耗磁性随机存取存储器（MRAM）的高密度集成至关重要。虽然自旋转移矩（STT）和自旋轨道矩（SOT）技术已经被用于切换具有垂直磁各向异性的自由层的磁化，但是由于直接通过结的高电流密度，前者具有有限的耐久性，而后者需要外部磁场或非常规配置来打破对称性。在这里，我们提出并实现了轨道转移转矩（OTT），即施加转矩的磁化使用的轨道磁矩，从而证明了一种新的策略，电流驱动的PM反转没有外部磁场。由于非零Berry曲率偶极子的存在，在少层WTe 2中注入直流电，产生轨道磁矩的垂直极化，并通过改变电流极性实现极化方向的切换.在此基础上，我们构建了WTe 2/Fe 3GeTe 2异质结，实现了OTT驱动的无场确定性PM开关。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Viscous spin exchange torque on precessional magnetization in $(\mathrm{LaMnO}_3)_{2n}/(\mathrm{SrMnO}_3)_{n}$ superlattices
利用时间分辨磁光克尔效应研究了化学有序$(\mathrm{LaMnO}_3)_{2n}/(\mathrm{SrMnO}_3)_n$超晶格的光致磁化动力学。观察到的$n=1$超晶格的单调的频率场依赖性，表明一个单一的自旋人口一致的均匀的空穴分布。相比之下，对于$n\geq2$超晶格，在低场下观察到大的进动频率，表明在动态区域中存在交换扭矩。我们提出了一个模型，归因于两个自旋人口之间的耦合-粘性和快速自旋交换扭矩的出现。
2007-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electrical control over perpendicular magnetization switching driven by spin-orbit torques
利用电学方法灵活控制自旋轨道电子学的磁化翻转是实现自旋轨道电子学应用的关键。除了与所施加的场平行的切换电流之外，还引入了与切换电流正交的偏置电流，以调谐有效的类阻尼和类场转矩的大小，并进一步电控制磁化切换。在Pt/Co/MgO和$α$ -Ta/CoFeB/MgO系统中，分别实现了极性相反的偏置电流对临界开关电流的对称和非对称控制。本研究不仅辨识类场转矩与类阻尼转矩对开关过程的影响，而且提出一种控制类场转矩与类阻尼转矩的电气方法。
2016-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques due to topological insulator surface states: an in-plane magnetization as a probe of extrinsic spin-orbit scattering
研究TI表面态在面内磁化下的自旋轨道力矩，揭示外禀自旋轨道散射导致的显著重整化与密度依赖，并提出两种实验判据加以探测。
2024-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally-Assisted Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal of Uniaxial Nanomagnets in Energy Space
通过研究单轴巨自旋的扩散能空间动力学，解析地研究了在自旋力矩和热噪声共同作用下，单轴巨自旋的开关时间随电流变化的渐近行为.的缩放依赖性（$I\rightarrow 0$，$<τ\propto\exp(-ξ(1-I)^2)$）证实了最近的文献结果。分析表明，平均开关时间是功能独立的自旋电流和磁体的单轴轴之间的角度。这些结果具有重要的意义，建模的自旋转移磁性随机存取存储器位单元的热辅助磁化反转的能量。
2013-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of nonuniform magnetization reorientation on spin-orbit torque measurements
在铁磁/双金属多层膜中的自旋-轨道力矩的测量通常基于这样的假设，即整个铁磁层均匀地响应于自旋-轨道力矩。当铁磁层的厚度与动态交换耦合长度相当时，这种假设就不成立了，动态交换耦合长度在某些测量几何形状中可以短到几纳米。不均匀的磁化重取向与每个磁性子层对磁阻或克尔效应的不均匀贡献相耦合，可能会影响自旋轨道扭矩外推的准确性，特别是如果使用厚铁磁层的话。在本文中，我们使用数值模型来调查这样的影响在三个不同的技术：磁光克尔效应的方法，二次谐波方法和自旋力矩铁磁共振方法。结果表明，二次谐波和磁光克尔效应方法容易受到非均匀磁化重取向的影响，而自旋矩铁磁共振方法受到的影响较小.
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transverse magnetization and torque in asymmetrical mesoscopic superconductors
我们表明，不对称介观超导体带来了新的见解，我们发现了显着的共存的长和短的涡旋涡旋的涡旋物理。我们研究了一个缺少一个象限的非对称介观球，通过求解金兹伯格-朗道理论得到了它的三维涡旋斑图。我们发现，涡旋图案是不对称的，其效果是清晰可见的，并在横向磁化和扭矩检测。
2007-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin-orbit torque as a method for field-free detection of in-plane magnetization switching
我们提出并证明了一种简单的方法，用于检测在非磁性/磁性材料的双层膜的自旋轨道矩（SOT）的面内磁化翻转。在我们的方法中，SOT不仅用于磁化切换，而且用于检测。该方法无需外加磁场即可检测出任意Mx和My分量，可用于快速表征X、Y和XY型SOT的磁化翻转。我们的SOT检测方案不仅可以用于快速表征SOT开关的双层，但也为赛道存储器的平面内磁畴的电检测。
2020-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unraveling the dynamics of magnetization in topological insulator-ferromagnet heterostructures via spin-orbit torque
该研究通过分析拓扑绝缘体-铁磁体异质结构中的磁化动力学，揭示自旋各向异性与自旋轨道转矩对自旋翻转的调控作用，并建立涵盖不同能量、阻尼和频率的动力学相图。
2024-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
