Boltzmann Test of Slonczewski's Theory of Spin Transfer Torque
我们使用一个矩阵玻尔兹曼方程形式主义来测试的准确性Slonczewski的理论的自旋转移扭矩在薄膜异质结构中的非磁性间隔层分离两个非共线的铁磁层连接到非磁性的引线。当适用时，作为两个铁磁体之间的角度的函数的扭矩的模型预测与从玻尔兹曼方程计算的扭矩非常一致。我们专注于非对称结构（其中的两个铁磁体和两个引线是不相同的），其中的协议涉及到一个新的解析公式，由我们使用Slonczewski的理论推导出的扭矩。在几乎所有的情况下，我们可以直接从多层膜的几何和输运性质预测模型参数的正确值。对于一些不对称的几何形状，我们预测一个新的模式的稳定进动，不会发生对称的情况下研究Slonczewski。
2004-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Domain wall propagation by spin-orbit torques in in-plane magnetized systems
用解析法和微磁学模拟方法研究了类阻尼自旋轨道力矩（DL SOT）对面内磁化软径迹中磁畴壁的影响。我们发现，DL SOT驱动涡旋DW，而横向DW，软轨道中的另一个典型DW结构，只有当Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya）存在时才传播。SOT驱动器可以增加自旋转移扭矩（STT）并且比STT更有效，因此可以极大地有益于需要面内DW的应用。我们的分析的基础上的Thiele方程表明，驱动力来自摆线变形的DW结构所造成的几何限制或扭曲。在更窄、更薄的磁道中，这种失真更高，SOT更有效。这些结果表明，SOT的影响不能简单地通过考虑结构中心的有效场来理解，这是一种缺乏根据但经常使用的估计。我们还发现，STT和DL SOT的相对大小可以通过比较同一路径上不同涡旋DW结构的运动来确定。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin Transfer Torque in Fully Insulating Magnetic Tunnel Junctions
本文从理论上研究了由磁绝缘电极构成的磁隧道结中电压驱动的自旋转移矩。与包括过渡金属铁磁体的常规磁性隧道结相比，自旋转移力矩呈现非常规的偏置依赖性，这与自旋依赖的Fowler-Nordheim隧穿过程的存在有关。特别地，我们发现（i）面外转矩通常主导面内转矩，（ii）面外转矩和面内转矩在低偏压下分别是对称的和不对称的，以及（iii）在大偏压下这两个转矩都显示出显著的增强。材料的考虑进行了讨论，我们表明，由于预期在磁性绝缘体中的低阻尼参数的自旋转移力矩可以在这样的系统中实验观察到。
2012-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Torque Diode Measurements of MgO-Based Magnetic Tunnel Junctions with Asymmetric Electrodes
本文详细研究了CoFeB/MgO/CoFe/NiFe磁性隧道结中的自旋力矩二极管效应。从不同角度的磁场的共振频率的演变，我们清楚地确定了自由层模式，并找到一个很好的协议，考虑到几个条款的磁各向异性模拟。此外，我们证明了在我们的结与非对称电极的面内扭矩相比，面外扭矩的贡献很大。因此，我们提供了一种方法来提高这些器件的灵敏度，用于检测微波频率。
2011-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Control of out-of-plane anti-damping spin torque with a canted ferromagnetic spin source
Cornell University（康奈尔大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Tsinghua University（清华大学）；Rice University（莱斯大学）
本研究通过铁磁SrRuO3层的倾斜磁矩构型获得面外反阻尼自旋矩，验证了其可由磁矩取向调控且两种自旋流均有贡献，为高效垂直磁存储切换提供支持。
2025-10-22 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
Zero-field dynamics stabilized by in-plane shape anisotropy in MgO-based spin-torque oscillators
在这里，我们证明了在MgO基的自旋扭矩纳米振荡器组成的面外磁化自由层和面内偏振器的形状各向异性是必要的，以稳定面外磁化旋进，而不需要外部磁场。随着面内各向异性的增加，引入了磁化强度朝向面内易磁化方向的逐渐倾斜，从而有利于零场动力学而不是静态面内状态。在临界值以上，不再观察到零场动力学。最佳比例的面内形状的面外单轴各向异性，大角度的面外零场动力学发生在最宽的电流范围内，报告。
2018-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque oscillator based on tilted magnetization of the fixed layer
自旋力矩振荡器（STO），其中的固定层的磁化是倾斜的膜平面外，能够在零磁场强微波信号的产生。通过数值模拟的Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程，在宏观自旋近似下，我们研究了微波信号的产生作为一个函数的驱动电流为两个现实的倾斜角。固定层的倾斜磁化可以通过使用具有高面外磁晶各向异性的材料（诸如L10 FePt）来实现。
2008-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Voltage Asymmetry of Spin-Transfer Torques
我们提出了一个基于非平衡格林函数的自旋力矩转移（STT）器件模型，该模型使用一组三个可调参数，在一定的偏置电压范围内与实验测量的（1）微分电阻，（2）磁阻（MR），（3）面内力矩和（4）面外力矩定量一致。我们相信这是第一个理论模型，能够涵盖这种不同的实验范围，我们的模型的一个关键方面是包括多个横模。我们还提供了一个简单的解释的非对称偏置依赖的面内扭矩，基于极化的两个接触的能量范围内的运输。
2009-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of anti-damping spin-orbit torques generated by in-plane and out-of-plane spin polarizations in MnPd3
拓扑材料和重金属与铁磁层结合产生的高自旋轨道转矩（SOT）显示了下一代磁存储器和逻辑器件的前景。由自旋霍尔和Edelstein效应引起的沿y轴的面内自旋极化产生的SOT可以在没有外部磁场的情况下切换与自旋极化共线的磁化。然而，需要外部磁场来经由由y自旋极化产生的SOT沿x和z轴切换磁化。在这里，我们提出，可以绕过上述限制，在磁控溅射薄膜MnPd 3的非常规SOT。除了由于y自旋极化引起的传统的面内类反阻尼力矩外，在室温下分别观察到了源于z自旋和x自旋极化的面外类反阻尼力矩和面内类反阻尼力矩。在热氧化硅衬底上生长并在400 ℃退火的MnPd 3薄膜的y-自旋极化对应的自旋矩效率为0.34 - 0.44。值得注意的是，我们已经证明了完整的外部磁场自由切换的垂直Co层通过非常规的平面外的反阻尼类扭矩从z-自旋极化。基于密度泛函理论的计算，我们确定所观察到的x-和z-自旋极化与面内电荷电流是由于（114）取向的MnPd 3薄膜的低对称性。总之，本文报道的新材料为在超快磁存储器和逻辑器件中实现实用的自旋通道提供了一条途径。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong linewidth variation for spin-torque nano-oscillators as a function of in-plane magnetic field angle
我们测量的微波信号所产生的自旋扭矩驱动的磁化动力学在图案化的磁性多层器件在室温下，作为一个函数的角度的磁场施加在样品平面。我们发现强烈的变化，信号的频率线宽，减少了超过20倍的磁场从磁易磁化轴旋转到面内难磁化轴。基于微磁模拟，我们确定这些变化是由于从空间非相干到相干旋进的转变造成的。
2008-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Determination of spin-orbit torque efficiencies in heterostructures with in-plane magnetic anisotropy
研究表明，重过渡金属的自旋霍尔效应可以产生足够的自旋-轨道矩，并进一步在相邻的铁磁层中产生电流感生磁化翻转。然而，如果铁磁层具有面内磁各向异性，则探测这种切换现象通常依赖于纳米尺寸的磁性隧道结的隧穿磁阻测量、差分平面霍尔电压测量或克尔成像方法。我们发现，在磁性异质结与自旋霍尔金属，存在电流诱导的面内自旋霍尔有效场和单向磁电阻，将修改其各向异性磁电阻行为。我们还表明，通过分析在这种影响下的各向异性磁电阻的响应，可以直接和电探针的自旋轨道转矩驱动的磁化切换，即使在微米尺寸的设备。这种泵浦-探测方法允许从自旋-轨道扭矩切换事件中有效和直接地确定关键参数，而无需冗长的器件制造过程。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large spin-orbit torque in a-plane $α$-Fe$_{2}$O$_{3}$/Pt bilayers
针对绝缘反铁磁体奈耳矢量高效自旋轨道矩翻转的难题，研究采用磁光技术发现a面α-Fe₂O₃/Pt的类阻尼自旋轨道矩效率比c、r面体系高两个数量级，提出量化小倾斜磁矩反铁磁体自旋轨道矩的新方法，确认a面α-Fe₂O₃是高效SOT翻转的潜力候选材料。
2024-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Torque Generated by Valley Hall Effect in WSe2
单层过渡金属二硫属化物由于其稳健的自旋谷锁定价态而成为自旋电子学的有前途的材料，使得能够通过谷霍尔效应进行有效的电荷到自旋转换，其中非平衡自旋具有数百纳米的长自旋扩散长度。在这项工作中，我们表明，注入一个纯粹的谷电流，诱导谷霍尔效应在WSe 2单层，赋予自旋力矩上的磁化覆盖的Fe或CoFe的隧道结构。扭矩效率被发现是在传统的垂直磁隧道结，可以进一步优化与谷霍尔角在WSe 2。自旋扭矩的谷性质在电流平面内配置中产生平面外阻尼类扭矩，消失了平行于平面的电荷传输以及通过门控可调的扭矩效率。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Spin-Orbit Torques from Sputtered MoTe2 Films
该研究通过磁控溅射制备1T' MoTe₂/Py/MgO异质结构，观测到非常规自旋轨道矩，揭示了拉应变可降低材料对称性以增强该力矩，为低场调控面外磁化提供了新途径。
2024-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Spin-Orbit Torques in an Antiferromagnetic Insulator with Tilted Easy Plane
反铁磁体内部自旋织构的电操纵为发展具有优异速度和高器件密度的自旋电子学提供了新的机会。然而，由于不同亚晶格之间复杂的相互作用，将自旋电流注入反铁磁体并实现有效的自旋-轨道-力矩诱导开关仍然具有挑战性。与此同时，由于磁化率的降低，反铁磁物质中电流感应磁动力学的性质和大小仍然很难表征，而杂散效应使实验解释进一步复杂化。在这项工作中，通过沿非基面取向生长反铁磁绝缘体薄膜α-Fe_2 O_3，我们实现了一种结构，其中注入的自旋电流可以在倾斜的易平面内鲁棒地旋转Néel矢量，其效率与经典铁磁体相当。自旋-轨道力矩效应在其他竞争机制中脱颖而出，并导致清晰的开关动态。由于这种新的机制，在通常采用的正交开关的几何形状相比，我们实现了双极反铁磁开关沿同一个通道，一个几何形状，这是更实用的设备应用的正电流和负电流。通过使有效的自旋-轨道力矩控制反铁磁有序，倾斜的易平面几何引入了一个新的平台，定量了解反铁磁体的开关和振荡动力学。
2022-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Control of spin-orbit torques through crystal symmetry in WTe2/ferromagnet bilayers
最近的发现，关于电流诱导的自旋-轨道扭矩产生的重金属/铁磁体和拓扑绝缘体/铁磁体双层提供了潜在的显着提高效率的磁性器件的操作。然而，在迄今为止进行的实验中，自旋-轨道转矩有一个重要的限制-可以补偿磁阻尼的转矩分量需要对称性位于设备平面内。这意味着自旋-轨道力矩只能驱动具有面内各向异性的磁性器件的最电流有效类型的磁反转（抗阻尼开关），而不是高密度应用所需的垂直磁各向异性器件。在这里，我们的实验表明，这种状态的事务是不是根本的，而是可以改变自旋源/铁磁体双层器件中的自旋-轨道转矩的允许的对称性，通过使用自旋源材料具有低的晶体对称性。我们使用WTe 2，过渡金属二硫属化物，其表面晶体结构只有一个镜面，没有双重旋转不变性。与这些对称性相一致，我们产生了一个平面外的反阻尼扭矩时，电流沿WTe 2/坡莫合金双层的低对称轴施加，但不是当电流沿高对称轴施加。通过多层样品中的晶体对称性来控制S-O转矩为优化未来的磁性技术提供了一种新的策略。
2016-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitative characterization of the spin orbit torque using harmonic Hall voltage measurements
对电流感应转矩的深入理解是发展双磁性异质结构中电流和电压控制磁化动力学的关键。为了估计这种力矩或有效磁场的大小和方向，已经采用了许多方法。在这里，我们研究绝热（低频）谐波霍尔电压测量，已被用来研究有效字段。我们推导出一个解析公式的谐波霍尔电压，以评估的有效字段为面外和面内磁化系统。该公式与基于宏观自旋模型的数值计算结果一致。利用该公式对两种不同的面内磁化膜Pt |CoFeB| MgO和CuIr |CoFeB| MgO进行了研究。后一个系统获得的有效字段显示出相对较好的协议，估计使用自旋扭矩切换相图测量先前报道。我们的研究结果说明了通用的适用性谐波霍尔电压测量研究电流感应转矩的磁性异质结构。
2013-10-18 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
Analytical expression for the harmonic Hall voltages in evaluating spin orbit torques
对电流感应转矩的深入理解是发展双磁性异质结构中电流和电压控制磁化动力学的关键。需要一种通用的技术来评估各种系统中的这种扭矩。在这里，我们检查绝热（低频）谐波霍尔电压测量，最近已经发展到研究电流感生的有效场，起源于自旋轨道效应。我们解析推导出一种形式，可用于评估谐波霍尔电压，并提取相关参数在两个代表性的系统，即出平面和在平面磁化系统。考虑了反常霍尔效应和平面霍尔效应的贡献。
2013-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the switching efficiency of magnetic tunnel junctions by the fieldlike spin-orbit torque
电流感应自旋轨道转矩提供了一个通用的工具，用于切换磁性器件。在垂直磁体中，转矩的阻尼分量是磁化反转的主要驱动力。类场转矩在多大程度上有助于开关是一个有争议的问题。在这里，我们研究的磁隧道结的开关与CoFeB自由层和W或Ta的底层，其中有一个类场阻尼扭矩的比例为0.3和1，分别。我们发现，类场转矩可以帮助或阻碍切换的CoFeB时，静态面内磁场需要定义的极性自旋轨道转矩切换有一个组件横向的电流。特别地，与标准共线对准相比，可以利用场和电流的非共线对准来增加开关效率和可靠性。通过实时探测单个开关事件，我们还表明，横向磁场和类场转矩的组合可以加速或减速反转开始。我们使用微磁模拟验证我们的观察结果，并将结果外推到具有不同扭矩比的材料。最后，我们提出了设备的几何形状，利用类场扭矩的密度增加内存应用和突触的重量产生。
2022-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in Co/Pd multilayer nanowires
研究了由20 nm厚的Co/Pd多层膜制成的具有垂直磁各向异性的铁磁纳米线的电流感生自旋轨道力矩。使用霍尔电压和锁定测量，发现在注入电流时，在平面内（Slonczewski样）和垂直（场样）扭矩在纳米线中建立。的扭矩效率被发现是高达1.17 kOe和5 kOe在108 A/cm 2的面内和垂直分量，分别为，这是令人惊讶地与以前的研究中的磁性双层膜（~ 1 nm）。我们发现，这一结果不能解释单独的自旋霍尔效应引起的扭矩在外界面，表明可能的贡献的大部分的Co/Pd多层。
2013-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unconventional spin-orbit torque in transition metal dichalcogenide/ferromagnet bilayers from first-principles calculations
基于最近在\ch{WTe2} /坡莫合金双层膜系统中观察到的非常规类面外阻尼力矩，我们采用第一性原理和线性响应理论计算了二维过渡金属二硫属化物（TMD）-铁磁体异质结构中产生的自旋轨道力矩.我们的\ch{WTe2} /Co和\ch{MoTe2} /Co异质结中的自旋轨道转矩的数值计算显示了传统的和新颖的阻尼类torkances（转矩每电场）具有可比的幅度，周围$100~\hbar/2e~(\rm Ω\cdot cm)^{-1}$，电场施加垂直于TMD层的镜面。为了进一步了解阻尼扭矩的来源，我们计算了TMD和Co层之间的自旋电流通量，并发现两个量之间的良好协议。这表明，传统的阻尼类自旋-轨道扭矩的图片，其中扭矩的结果从自旋霍尔效应加上自旋转移扭矩，主要适用于TMD/Co双层系统。
2020-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Domain Wall Motion Orthogonal To Current Flow Due To Spin Orbit Torque
确定性的控制畴壁正交的电流流动的方向证明了利用自旋轨道扭矩在垂直极化的Ta/CoFeB/MgO多层在面内磁场的存在下。值得注意的是，即使在存在外部磁场的情况下，这种相对于电流流动的正交运动也不可能来自传统的自旋转移力矩驱动的畴壁传播。反转的极性的电流或面内场被发现反转的畴壁运动的方向。从这些测量，这是不受任何传统的自旋转移扭矩的对称性，我们估计的自旋轨道扭矩效率Ta为0.08。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous three-axis torque measurements of micromagnetism
本文提出一种基于单点夹持谐振扭矩传感器的技术，可同时测量微纳磁性材料的三个正交扭矩分量，并结合微磁模拟验证，为交换偏置等研究提供磁滞与面内各向异性的同步观测。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques from topological insulator surface states: Effect of extrinsic spin-orbit scattering on an out-of-plane magnetization
铁磁体/拓扑绝缘体（FM/TI）界面上自旋轨道矩（SOT）的起源还不完全清楚。理论已经压倒性地集中在Edelstein效应由于在标量散射势的存在下的表面状态。我们在这里调查的贡献SOT由于外在的自旋轨道散射的表面状态，专注于平面外磁化的情况下。我们发现，自旋轨道散射带来了相当大的重整化的类场SOT，超过20 $\%$在更大的强度的外部自旋轨道参数。由此产生的SOT表现出最大的费米能量，磁化强度和非本征自旋轨道强度的函数。类场SOT随无序强度的增加而减小，而类阻尼SOT与杂质浓度无关。考虑到实验观察，我们还确定了非本征自旋轨道散射的异常霍尔效应的作用。我们的研究结果表明，外在的自旋轨道散射是一个显着的贡献者的表面SOT源于Edelstein效应时，磁化是出平面。
2022-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Spin-Orbit Torques and Magnetic Anisotropy in WSe$_{2}$/Permalloy Bilayers
过渡金属二硫属化物（TMD）是一种在相邻铁磁层上有效产生电流感生自旋轨道力矩的有前途的材料。许多影响，界面和散装，已被提出来解释以前观察到的不同扭矩。然而，到目前为止，还没有明确的共识，微观起源的基础上观察到这些TMD/铁磁双层的自旋轨道扭矩。为了照亮在发挥作用的微观机制，在这里，我们进行厚度依赖的自旋轨道扭矩测量的半导体WSe $_{2}$ /坡莫合金双层与各种WSe $_{2}$层厚度，下降到单层的限制。我们观察到一个大的面外类场转矩与自旋转矩电导率高达$1\times10^4 ({\hbar}/2e) (Ωm)^{-1}$。对于某些器件，我们还观察到一个较小的面内反阻尼类扭矩，自旋扭矩电导率高达$4\times10^{3} ({\hbar}/2e) (Ωm)^{-1}$，与其他TMD为基础的系统。两个扭矩均显示出对WSe $_{2}$厚度没有明显的依赖性，正如Rashba系统所预期的那样。出乎意料的是，我们观察到一个强大的面内磁各向异性-高达约$6.6\times10^{4} erg/cm^{3}$ -诱导坡莫合金由下面的六方WSe $_{2}$晶体。使用扫描透射电子显微镜，我们确认，磁各向异性的易轴对准扶手椅方向的WSe $_{2}$。我们的研究结果表明，铁磁体和TMD之间有很强的相互作用，并揭示了TMD为基础的设备的自旋轨道力矩的性质。这些发现为优化扭矩和与接口磁体的相互…
2021-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absence of Walker breakdown in the dynamics of chiral Neel domain walls driven by in-plane strain gradients
从理论上研究了面内应变梯度驱动下垂直磁化系统中手征Néel畴壁的运动。我们表明，这种应变驱动器域壁有效地增加拉伸（压缩）应变的正（负）磁致伸缩材料。在它们的运动过程中，由于应变梯度而产生与进动扭矩相反的局部阻尼扭矩。该扭矩防止了湍流动力学的发生，并且对于任何任意大的应变梯度，都渐近地达到具有恒定速度的稳定畴壁运动。同样，在实际条件下，使用电压诱导应变可以获得500 m/s范围内的速度。
2022-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
