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
Dynamics of thin-film spin-flip transistors with perpendicular source-drain magnetizations
“自旋翻转晶体管”是一种横向自旋阀，由铁磁源极漏极接触到一个薄膜正常金属岛组成，顶部有一个电浮置铁磁基极接触。利用磁电子电路理论和宏自旋Landau-Lifshitz-Gilbert方程，分析了源漏接触垂直于器件平面磁化的自旋翻转晶体管的\emph{dc}电流驱动磁化动力学.考虑了自旋翻转散射和自旋抽运效应。我们发现一个稳定状态旋转的基础磁化在GHz的频率是可调的源漏偏置。我们讨论了横向结构的优势，高频发电和驱动的纳米机械系统最近提出的纳米柱结构。
2006-01-27 cond-mat.mes-hall
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
Orbital magnetization of the electron gas on a two-dimensional kagome lattice under a perpendicular magnetic field
从理论上研究了在垂直磁场作用下二维kagome晶格上电子气的轨道磁化。晶格结构与磁场的相互作用在磁布里渊区产生了非平凡的$k$-空间陈不变量，从而对磁化强度产生了深刻的影响.我们表明，在磁化的贝里相位项给出了顺磁性的贡献，而由磁布洛赫带的磁响应所带来的常规项产生抗磁性的贡献。结果，这两个分量的叠加在改变电子填充因子时引起磁化曲线中的精细振荡结构。通过选择性地讨论在$f$ = 1/4、1/3和1/6的相称通量下的磁化强度及其两个分量，揭示了这种振荡行为与Hofstadter能谱之间的关系。特别是，我们揭示了作为一个典型的例子，在磁振荡的分形结构，通过调整周围的相称通量$f$ = 1/4。还讨论了有限温度对磁化强度的影响。
2010-01-29 cond-mat.mes-hall
Spin Hall Switching of the Magnetization in Ta/TbFeCo Structures with Bulk Perpendicular Anisotropy
首次研究了具有体垂直磁各向异性（bulk-PMA）的Ta/TbFeCo图形结构中的自旋-轨道力矩。研究了在垂直场、纵向场和横向场存在下的电流诱导磁化翻转。为了排除焦耳热效应，切换的磁化也证明使用电流脉冲。发现与自旋霍尔效应相关的反阻尼力矩很强，得到了约为0.12的自旋霍尔角。在这种结构中，与Rashba效应相关的类场扭矩可以忽略不计，这表明界面在类Rashba扭矩中起着重要作用。
2015-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Angular dependence of magnetization reversal in epitaxial chromium telluride thin films with perpendicular magnetic anisotropy
研究了分子束外延碲化铬薄膜的磁各向异性和磁化反转机制。我们报告存在强的垂直各向异性在这些薄膜，随着一个相对较强的二阶各向异性的贡献。从磁阻测量观察到的开关场的角度变化的定量解释使用一维缺陷模型。该模型揭示了成核和钉扎在磁化反转的相对作用，取决于所施加的磁场方向。微磁模拟进行可视化的域结构和开关过程。
2017-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chiral symmetry breaking for deterministic switching of perpendicular magnetization by spin-orbit torque
对称性破缺是确定分岔系统在过临界点时遵循哪一分支的特征。具体来说，在自旋-轨道力矩（SOT）器件中，一个基本的问题出现了：如何打破平面内自旋极化的垂直磁矩的对称性？在这里，我们表明，手征对称性破缺的双折射可以诱导确定性的SOT开关的垂直磁化。通过引入饱和磁化强度梯度或磁各向异性梯度，利用有效SOT强度梯度形成非共线自旋织构，从而破坏SOT诱导自旋织构的手征对称性，导致确定性磁化翻转.我们介绍了一种策略，以诱导出平面（z）梯度的磁性能，作为一个实用的解决方案，晶圆级制造的SOT设备。
2020-04-28 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
Thermal Stability of the Magnetization in Perpendicularly Magnetized Thin Film Nanomagnets
当设计垂直磁化的图案化介质和磁性随机存取存储器时，理解具有垂直磁各向异性（PMA）的薄膜纳米磁体对抗热致磁化反转的稳定性是重要的。磁化反转率的前导顺序依赖性由系统需要克服以进行反转的能量势垒决定。在本文中，我们研究这些系统的反转动力学和计算相关的障碍，使用弦方法的E，范登-艾金登，任。我们发现反转往往是空间不相干的，也就是说，而不是磁化翻转作为一个刚性的单位，反转收益，而不是通过一个孤立的畴壁扫过系统。我们发现，对于正方形纳米磁性元件的能量势垒随元件尺寸增加到一个临界长度尺度，超过该尺度的能量势垒是恒定的。对于圆形元素，能量势垒继续无限地增加，尽管超过临界尺寸时会更慢。在这两种情况下的能量势垒小于预期的相干磁化反转。
2012-08-26 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Switching of perpendicular magnetization by spin-orbit torques in the absence of external magnetic fields
电流感生自旋轨道力矩（SOTs）的磁化开关由于其在超低功耗存储器和逻辑器件中的潜在应用而引起了极大的兴趣。为了具有技术上的兴趣，SOT效应需要切换具有垂直（面外）磁化的铁磁体。然而，目前，这通常需要存在面内外部磁场，这是实际应用的主要障碍。在这里，我们报告的第一次SOT诱导开关的平面外磁化Ta/Co20 Fe 60 B20/TaOx结构，而不需要任何外部磁场，驱动面内电流。这是通过在制造过程中将横向结构不对称引入我们的器件来实现的。结果表明，在这种非对称结构中，面内电流会诱导出一种新的类场SOT。与这种新的类场SOT相对应的电流感应有效场的方向是平面外的，这有利于垂直磁体的切换。因此，这项工作提供了一种途径，无偏置场的SOT器件。
2013-11-04 cond-mat.mes-hall
Intrinsic Nonlinear Spin Hall Effect and Manipulation of Perpendicular Magnetization
提出本征非线性自旋霍尔效应，可在对称性禁止线性响应的非磁性材料中产生共线极化自旋电流，实现垂直磁化无场翻转，并在拓扑金属中预测了室温显著效应。
2024-07-25 cond-mat.mes-hall
NV-center imaging of bubble domains in a 6 Å film of cobalt with perpendicular magnetization
我们采用了扫描NV中心显微镜进行杂散场成像的气泡磁畴在垂直磁化的Pt/Co/AlOx三层6纳米的Co。由畴壁产生的杂散场定量映射与几个纳米的空间分辨率，与探针样品的距离约为100 nm。作为应用的一个例子，我们表明，它应该是可能的，以确定布洛赫或内尔性质的畴壁，这是至关重要的电流控制的畴壁运动的理解。
2014-01-10 cond-mat.mes-hall
Perpendicular Magnetization and Generic Realization of the Ising Model in Artificial Spin Ice
我们研究了垂直于平面磁化的静磁相互作用单畴铁磁岛的阻挫可果美阵列和非阻挫蜂窝阵列。两个晶格的测量成对自旋相关性可以复制模型的基础上，仅最近邻相关性。戈薇阵列具有与先前研究的由面内力矩组成的“人造自旋冰”系统不同的静磁特性，但具有相同的晶格拓扑结构。这两个系统在矩对相关性的发展方面表现出惊人的相似性，证明了人工自旋冰行为的普遍性，而不依赖于特定物质系统的具体实现。
2012-07-05 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
Current-driven magnetization dynamics and their correlation with magnetization configurations in perpendicularly magnetized tunnel junctions
本文研究了垂直磁隧道结中自旋转移矩驱动的磁化动力学，发现自由层和参考层具有相反的频率-磁场色散关系，且在反平行状态下两种自旋波模式共存并出现频率交叉现象，有望促进类脑计算中的自振荡互同步。
2022-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital Hall effect assisted field-free perpendicular magnetization switching
本文提出利用Mo底层的强轨道霍尔效应及轨道—自旋转换放大平面内类阻尼转矩，在Co/PtGd器件中实现无需外磁场的垂直磁化确定性翻转。
2025-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy and magnetization process in CoFeB/Pd multilayer films
利用磁滞回线和克尔效应研究了[CoFeB $t$ nm/Pd 1.0 nm] $_n$（$t$ = 0.4，0.6，0.8，1.0和1.2 nm; $n$ = 2 - 20）多层膜的垂直磁各向异性和动态磁化反转过程.强和可控的PMA的有效单轴各向异性高达7.7 $\times$ 10 $^6$ J.m $^{-3}$和低至200 emu/cc的饱和磁化强度。CoFeB/Pd界面的表面/界面各向异性，PMA的主要贡献，是从有效的单轴各向异性的膜分离，并出现增加的CoFeB/Pd双层的数量。在磁化反转过程中，使用极性磁光克尔显微镜观察的磁畴示出了详细的行为的成核和位移的域壁。
2014-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization Dynamics in Synthetic Antiferromagnets with Perpendicular Magnetic Anisotropy
本文结合TR-MOKE测量与Landau-Lifshitz-Gilbert理论建模，系统研究了垂直合成反铁磁体的磁化动力学，揭示了两种进动模式的阻尼来源，为自旋电子器件设计提供指导。
2023-07-04 cond-mat.mes-hall
Control of stripe domain wall magnetization in perpendicular anisotropy multilayers
本文报道了在具有垂直磁各向异性的[Co（0.44 nm）/Pt（0.7 nm）] $_X$（$X = 48$，100，150）多层膜中，稳定的取向条畴结构中畴壁磁化强度的受控切换。开关过程中，由外部磁场引起的，通过测量的面内磁化的演变监测。%我们证明了面内磁化强度的恢复来源于布洛赫型DW的极化。与微磁学模拟，我们揭示了DW极化的逆转是在特定强度的外部磁场，施加相反的DW极化的DW内的水平布洛赫线的出现和崩溃的结果。我们的研究结果是相关的DW为基础的磁振子和磁多层膜中的气泡skyrmion应用。
2021-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Central role of domain wall depinning for perpendicular magnetization switching driven by spin torque from the spin Hall effect
我们研究确定性的磁性反转的垂直磁化的Co层在Co/MgO/Ta纳米正方形驱动的自旋霍尔扭矩从面内电流在下面的Pt层。开关过程的速率限制步骤是畴壁（DW）通过自旋霍尔扭矩通过热辅助机制，最终产生完全反转的域扩展脱钉。需要与电流共线的面内施加的磁场，其中必要的场尺度由克服由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用施加的DW手性的需要来设置。一旦考虑焦耳热，对于4 nm的Pt，开关电流密度与自旋霍尔角θ $_{SH}$ ${\approx}$ 0.07定量一致。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall
Critical current destabilizing perpendicular magnetization by the spin Hall effect
研究了通过自旋霍尔效应使垂直铁磁体磁化不稳定所需的临界电流。自旋霍尔效应产生的自旋电流所产生的类阻尼力矩和类场力矩都包含在Landau-Lifshitz-Gilbert方程中，对系统进行建模。在没有类场转矩的情况下，临界电流与阻尼常数无关，并且比磁隧道结中的共线磁系统的常规自旋转矩开关大得多。考虑类场转矩后，我们发现临界电流与阻尼常数成比例关系为$α^{0}$（即，阻尼无关）、$α$和$α^{1/2}$，这取决于类场转矩的符号和诸如外场的其它参数。数值和分析结果表明，当类场力矩具有适当的符号时，即当与类场力矩相关的有效场指向与入射电子自旋方向相反的方向时，临界电流可以显著减小.这些结果提供了一种使用自旋霍尔效应来减少切换磁化所需的电流的途径。
2015-08-01 cond-mat.mes-hall
Deterministic and stochastic aspects of current-induced magnetization reversal in perpendicular nanomagnets
本文通过唯象模型和实验测量，研究垂直纳米磁体中自旋轨道矩诱导翻转的孕育与转变时间，揭示温度介导的相关性，并用对数正态和伽马分布分别描述由单一成核势垒与多个钉扎位点导致的随机变异性。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall
Facilitating field-free perpendicular magnetization switching with a Berry curvature dipole in a Weyl semimetal
该研究报道了WTe2/Fe3GeTe2异质结构中贝里曲率偶极子相关的轨道埃德尔斯坦效应产生的轨道力矩与自旋轨道力矩的协同作用，实现了无场垂直磁化翻转并独立调控两种力矩，加深了对力矩协同动力学的理解并为磁阻随机存取存储器应用提供思路。
2024-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal stability for domain wall mediated magnetization reversal in perpendicular STT MRAM cells with W insertion layers
提出了一种计算磁阻随机存储器（MRAM）单元磁场驱动畴壁介导磁化反转的能垒的解析模型，并应用该模型研究了不同厚度W层插入自由层（FL）时热稳定因子$Δ$随单元尺寸和温度的变化.我们发现，随着W厚度的增加，FL薄膜的有效垂直磁各向异性（PMA）能量密度单调增加，但同时，单元的$Δ$主要减小。我们的分析表明，除了饱和磁化$M_s$和交换刚度常数$A_\mathrm{ex}$的FL膜，量化$Δ$的细胞的参数是其矫顽场$H_c$，而不是净PMA场$H_k$的FL膜组成的细胞。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-assisted magnetization reversal in Co/Ni multilayers with perpendicular magnetic anisotropy
由具有垂直磁各向异性的磁性薄膜与铁电基片结合而成的多功能材料代表了低功耗、快速、高密度自旋电子学的一种新途径。本文报道了在铁电PZT [Pb（Zr_xTi_1-x）O_3]基片上直接生长的饱和磁化强度和垂直各向异性可调的Co/Ni多层膜。高达+/-2 MV/m的电场使PZT膨胀0.1%，并在Co/Ni多层膜中产生至少0.02%的面内压缩。用电压改变应变可以使矫顽场降低30%以上。我们还表明，交替在平面内的拉伸和压缩应变（小于0.01%）可以用来传播磁畴壁。这种操纵高各向异性磁性薄膜的能力可以证明对于降低未来压控自旋电子器件中磁性元件的开关能量是有用的。
2016-01-06 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
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
Perpendicular transport and magnetization processes in magnetic multilayers with strongly and weakly coupled magnetic layers
在两带紧束缚模型的框架下，我们计算了由三个磁性层组成的系统的巨磁电阻、交换耦合和热电势（TEP），其中前两个磁性层是强反铁磁交换耦合的。我们还讨论了巨磁电阻与磁结构相图中相应区域的关系，并计算了相应的磁滞回线。对于特定的层厚度，GMR可以取负值，并且TEP揭示了围绕负偏置的相当明显的振荡。
1999-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque-induced switching of perpendicular magnetization in a ferrimagnetic layer with vertical composition gradient
电流感生自旋轨道力矩（SOT）是自旋电子器件中快速、高效地操纵磁序的重要手段。然而，为了确定性，SOT垂直磁化材料的切换需要面内对称性破缺的机制。这样做的现有方法涉及面内偏置磁场的应用，或者在器件中引入面内结构不对称性，这两者在实际应用中都难以实现。在这里，我们报告了偏置场的无SOT开关在一个单一的垂直CoTb层的工程垂直组成梯度。垂直结构反转的不对称性诱导了强烈的本征SOT和梯度驱动的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（g-sites），这打破了开关过程中的面内对称性。微磁模拟与实验结果一致，并阐明了g-doppler在确定性开关中的作用。这种无偏置场开关方案的垂直亚铁磁体与g-超导体提供了一种有效的和紧凑的SOT器件设计的策略。
2021-01-21 cond-mat.mes-hall
Spin-torque switching in large size nano-magnet with perpendicular magnetic fields
在500 nm大尺寸Co 90 Fe 10/Cu/Ni 80 Fe 20柱中观察到直流电流诱导的磁化反转和磁化振荡。一个垂直的外部磁场增强了伪自旋阀中参考层（Co 90 Fe 10）和自由层（Ni 80 Fe 20）之间的矫顽场分离，允许一个大的外部磁场窗口用于探索自由层反转。磁化进动表现为微分电阻曲线上的多个峰。根据偏置电流和外加磁场，磁开关和磁化进动的区域的动态稳定性图已被详细讨论。微磁学模拟结果与实验结果吻合良好，为大尺寸器件中非均匀性的同步提供了新的思路。在大尺寸器件上操纵自旋动力学的能力可以被证明对于增加自旋转移纳米振荡器（STNO）的输出功率是有用的。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall
Room-temperature perpendicular magnetization switching through giant spin-orbit torque from sputtered BixSe(1-x) topological insulator material
由具有大自旋-轨道耦合的材料产生的自旋-轨道力矩（SOT）为超低功率和快速基于磁性的存储和计算设备提供了一条道路。采用直流平面霍尔方法研究了磁控溅射BixSe（1-x）/CoFeB异质结中BixSe（1-x）薄膜的SOT。值得注意的是，自旋霍尔角（SHA）被发现高达18.83，这是有史以来在室温（RT）下报道的最大值。此外，已经观察到使用来自BixSe（1-x）的SOT的垂直CoFeB多层的切换，其中在双层系统中报道了最低的切换电流密度：2.3 * 105 A/cm 2。巨大的SHA，光滑的表面，易于在硅衬底上生长膜，在BixSe（1-x）膜上成功生长和切换垂直CoFeB多层为BixSe（1-x）拓扑绝缘体（TI）材料用作SOT中的自旋电流发生器开辟了道路。基于存储器和逻辑器件。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall
Perpendicular magnetization reversal in Pt/[Co/Ni]$_3$/Al multilayers via the Spin Hall Effect of Pt
我们结合反常霍尔效应和磁光克尔效应技术，实验研究了Pt/[Co/Ni] $_3$ /Al多层膜的电流感生磁化反转.对于0.3 TA/m $^2$量级的电流密度，磁化反转通过相反极性的域的成核和传播发生。在这些实验中，我们证明了一个完整的控制每个阶段：i）的奥斯特场控制域成核和ii）域壁传播发生的自旋扭矩从Pt自旋霍尔效应。这种情况需要面内磁场来沿着电流调谐畴壁中心取向，以实现有效的畴壁传播。事实上，作为成核，域壁是手性和Néel样的，由于界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。
2015-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Respective influence of in-plane and out-of-plane spin-transfer torques in magnetization switching of perpendicular magnetic tunnel junctions
利用带STT项的Landau-Lifshitz（LL）变换方程，理论分析了面内（类阻尼）和面外（类场）自旋转移矩在面外磁化磁性隧道结（pMTJ）磁化翻转中的相对贡献.它表明，在pMTJ结构服从宏自旋动力学，面外扭矩的影响的进动频率，但它并没有显着的STT开关过程（特别是开关时间和开关电流密度），这主要是由面内STT的贡献。这一结论证实了有限的温度和有限的写入脉冲宏自旋模拟的电流场开关图。它与STT开关的情况下，在平面磁化MTJ中的类场项也影响开关临界电流。这种理论分析被成功地应用到解释的电压场STT开关图实验测量的垂直MTJ柱直径36 nm，表现出类宏自旋行为。讨论了在STT诱导动力学中Landau和Gilbert耗散项的物理不等价性。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall
Threshold current of field-free perpendicular magnetization switching using anomalous spin-orbit torque
本文解析推导了利用反常自旋轨道矩实现无外场垂直磁化翻转的阈值电流，系统研究了各参数对阈值电流和能耗的影响，并证明亚阈值电流可等效产生可调交换偏置场，为新型自旋电子器件设计提供依据。
2023-04-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Effects of Longitudinal Spin Current Density Gradient on Spin-Orbit Torque Switching of Perpendicular Magnetization
State Key Laboratory of Semiconductor Physics and Chip Technologies, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所半导体物理与芯片技术国家重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术研究中心）
本文通过微磁模拟和实验证明，纵向自旋电流密度梯度无法替代纵向磁场实现垂直磁各向异性器件的确定性自旋轨道矩翻转，而垂直自旋更有效。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall
Imaging the stochastic microstructure and dynamic development of correlations in perpendicular artificial spin ice
我们使用空间分辨的磁光克尔显微镜跟踪完整的微观状态阵列的垂直各向异性纳米磁体在磁滞循环。这些测量使我们能够解开最近邻相互作用，无序和随机性对磁化切换的相互交织的影响。我们发现最近邻关联依赖于相互作用强度和无序度。我们还发现，虽然滞后切换的全局特性是可重复的，精确的微观采样是随机的，与nonminally相同的运行之间变化的个别岛屿的行为。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall
Domain wall dynamics for an in-plane magnetized thin film with large perpendicular hard axis anisotropy including Dzyaloshinskii-Moriya interaction
我们考虑一个薄的铁磁层，其上沿面内易磁化轴施加一个外场或电流。垂直难磁化轴各向异性常数大，使得面外磁化分量小于面内分量。采用微扰法得到了运动畴壁的轮廓和速度。磁化的面内分量的动力学由决定轮廓速度的反应扩散方程支配。我们发现一个简单的解析表达式的面外磁化显示由于除了由于Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的不对称分量的运动的对称失真。得到的结果补充了以前的研究，其中无论是Dzyalozhinskii矢量或面外难轴各向异性被假定为小。在该制度研究的沃克击穿没有观察到，但反应扩散动力学预测足够大的磁场的畴壁减慢。转变点取决于外加磁场、饱和磁化强度和易轴各向异性。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall
Out-of-plane angle resolved second harmonic Hall analysis in perpendicular magnetic anisotropy systems
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文通过垂直方向角分辨二次谐波Hall测量研究垂直磁各向异性系统中的反常场向扭矩效率，结合LLGS方程低频磁化率极限提取阻尼-like和场向SOT效率。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall
Energy Barriers for Thermally Activated Magnetization Reversal in Perpendicularly Magnetized Nanodisks in a Transverse Field
针对垂直磁化磁隧道结，研究通过解析与数值计算揭示了横向场下纳米盘热激活磁化反转的能垒机制，发现大直径下非均匀反转主导且过渡态呈S型磁化分布，为设计随机比特流提供了依据。
2023-05-23 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
Temperature dependent nucleation and propagation of domain walls in a sub-100 nm perpendicularly magnetized Co/Ni multilayer
本文研究了Co/Ni基垂直磁化自旋阀中开关场的温度依赖性。虽然在环境温度下的全垂直Co/Ni自旋阀的磁化反转通常由电阻的单个急剧阶跃变化来标记，但低温测量可以揭示一系列电阻阶跃，与非均匀磁化配置一致。我们提出了一个模型，由域成核，传播和湮灭来解释的温度依赖性的开关字段。有趣的是，低温（<30 K）阶跃变化的电阻，我们与域成核，有一个双峰开关场和电阻阶跃分布，归因于两个竞争的成核途径。
2013-11-02 cond-mat.mes-hall
Asymmetric driven dynamics of Dzyaloshinskii domain walls in ultrathin ferromagnetic strips with perpendicular magnetic anisotropy
从微磁学的数值和解析两个方面研究了具有垂直磁各向异性的超导铁磁条中畴壁的动力学行为。的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的影响已被认为是一个双层条安排，引起Dzyaloshinskii域壁的形成。这种壁在平衡条件下具有由一定取向角限定的内部磁化结构，使得它们被认为是布洛赫壁和内尔壁之间的中间构型。两种不同的动力学被认为是，场驱动和电流驱动的动力学，特别是，由于自旋霍尔效应的自旋力矩促进的一个。结果表明，固有的不对称性与畴壁磁化方向的旋转之前，达到固定制度，其特征在于由一个恒定的终端速度。对于静止时的某个初始DW磁化取向，旋转确定DW磁化在达到静止运动之前的重新取向是平滑的还是突然的。这种不对称性影响DW运动，甚至可以在短时间内逆转。此外，它被发现，在电流驱动的动态的情况下，终端速度可能取决于初始DW磁化方向在休息或纵向注入电流的符号。
2015-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance linewidth in ultrathin films with perpendicular magnetic anisotropy
具有垂直磁各向异性（PMA）的过渡金属铁磁膜具有比诸如纯铁（Fe）和坡莫合金（NiFe）薄膜的软磁材料大一个数量级的铁磁共振（FMR）线宽。利用宽带铁磁共振装置研究了PMA掺杂Ni $|$ Co多层膜中线宽增强的原因。对于垂直施加的场，FMR线宽线性地依赖于频率，并且当磁化旋转到膜平面中时显著地增加。用氦离子辐照薄膜，降低了PMA和PMA参数的分布。这导致面内磁化的FMR线宽大大减小。这些结果表明，在PMA的波动导致一个大的两个磁振子散射贡献的线宽面内磁化，并建立吉尔伯特阻尼增强，在这样的材料（$α\approx 0.04$，相比于$α\approx 0.002$纯Fe）。
2009-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-free Magnetization Switching by Utilizing the Spin Hall Effect and Interlayer Exchange Coupling of Iridium
通过自旋霍尔效应的自旋轨道矩（SOT）的磁化切换代表了用于磁阻随机存取存储器（MRAM）的自旋转移矩（STT）的磁化切换的竞争性替代方案，因为其不需要高密度电流通过隧道结。然而，对于垂直MRAM，自由层的SOT驱动切换需要外部面内场，这对实际应用中的可行性造成限制。在这里，我们展示了无场磁化切换的垂直磁铁，通过利用铱（Ir）层。Ir层不仅通过自旋霍尔效应提供SOT，而且还诱导与面内磁性层的层间交换耦合，这消除了对外部场的需要。Ir层的这种双重功能允许将来构建用于存储器和逻辑应用的磁阻堆叠。实验观察表明，SOT驱动的无场磁化反转的特点是畴形核和扩展。进行微磁建模，以提供在面内交换耦合场的存在下的垂直磁化反转过程的深入理解。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoresistive detection of perpendicular switching in a magnetic insulator
本文利用 TbIG|Cu|TbCo 异质结构中的磁阻效应，实现了对绝缘亚铁磁体 TbIG 垂直磁化翻转的电学读出，并证明其机制源于 TbIG|Cu 界面的自旋相关电子散射，为绝缘自旋电子器件开辟了新途径。
2023-11-13 cond-mat.mes-hall
Field-free deterministic switching of a perpendicularly polarized magnet using unconventional spin-orbit torques in WTe2
具有垂直磁各向异性（PMA）的磁体的磁化状态的自旋轨道转矩（SOT）驱动的确定性控制是包括非易失性、超快和能量高效数据存储设备的下一代自旋电子应用的关键。但是，垂直磁化的无场确定性切换仍然是一个挑战，因为它需要平面外的抗阻尼扭矩，这是不允许在传统的自旋源材料，如重金属（HM）和拓扑绝缘体由于系统的对称性。在涌现的量子材料中利用低晶体对称性提供了一种独特的方法来实现具有非常规形式的SOT。在这里，我们报告的第一个实验实现的无场确定性磁开关的垂直极化范德华（VDW）磁铁采用的平面外的抗阻尼SOT中产生的层状WTe2，这是一种低晶体对称性的量子材料。数值模拟证实，在WTe2的平面外的反阻尼扭矩是负责所观察到的磁化切换在垂直方向上。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental verification of the inverse Anomalous spin Hall effect with perpendicular magnetic anisotropy Materials
通过自旋泵浦技术在BIG/NiO/Fe样品中实验验证反常逆自旋霍尔效应，发现垂直磁化构型下存在依赖于磁化、自旋极化与自旋电流方向的独特自旋-电荷转换机制。
2023-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Periodic magnetization structures generated by transverse spin-current in magnetic nanowires
从理论上研究了方形截面长纳米线在强垂直自旋极化电流作用下的磁化行为。该研究是基于Landau-Lifshitz-Slonczewski现象学。在无电流的情况下，导线沿其轴线均匀磁化。对于小电流，导线磁化保持均匀，但在垂直于电流方向的平面内相对于导线轴倾斜。随着电流的增加，倾角增加到最大值$π/4$。进一步的电流增加导致饱和或稳定的周期性多畴结构，这取决于导线的厚度。对于粗丝，在电流作用下的饱和过程中观察到滞后。从理论上确定了电流感生磁化行为的所有关键参数。这项研究进行了分析和使用微磁模拟。
2013-02-20 cond-mat.mes-hall
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
Current-Induced Instability of a Perpendicular Ferromagnet in Spin Hall Geometry
我们发展了两个铁磁体存在时自旋霍尔力矩的理论公式。虽然传统的自旋霍尔转矩的方向总是指向面内方向，但是本系统能够通过改变另一磁化的方向来操纵作用于一个磁化的转矩方向。基于自旋积累的扩散方程和朗道公式，导出了自旋霍尔力矩的解析表达式。本模型提供了一种利用自旋霍尔效应在零场确定性地切换垂直铁磁体的解决方案。
2016-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of intrinsic damping of perpendicularly magnetized ultrathin films from time resolved precessional magnetization measurements
磁化动力学的强烈影响阻尼。有效阻尼常数αeff通常由系统被激发到其非平衡态后磁化的自由感应衰减的谱线宽度通过实验确定。然而，这样的αeff既反映了固有阻尼，也反映了非均匀加宽。在本文中，我们比较了测量的磁化强度的动力学在非外延薄膜具有垂直磁各向异性使用两种不同的技术，时间分辨磁光克尔效应（TRMOKE）和混合光电铁磁共振（OFMR）。通过使用一个外部磁场，这是在非常小的角度施加到膜平面中的TRMOKE研究，我们开发了一个明确的封闭形式的解析表达式的TRMOKE光谱线宽，并显示如何可以用来可靠地提取固有的吉尔伯特阻尼常数。用这种方法测得的阻尼常数与用OFMR方法测得的相同样品的阻尼常数非常吻合。我们的研究表明，渐近高场的方法，经常使用的TRMOKE方法，以区分固有的阻尼从有效的阻尼可能会导致显着的错误，因为这样的高外部磁场，需要使这种方法有效，他们是遥不可及的。固有阻尼常数越低，误差越大，因此可以解释TRMOKE研究中经常报告的过高阻尼常数。在传统的铁磁共振（FMR）研究中，非均匀贡献可以很容易地从FMR线宽的磁场依赖性的本征阻尼贡献区分。使用类似的方法，我们展示了如何可靠的固有阻尼值可以从TRMOKE提取。
2015-11-16 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
New Galvanomagnetic Effects of Polycrystalline Magnetic Films
在线性响应的多晶磁性薄膜的电流，一般的分析预测三个新的电流磁效应起源于二维性质的薄膜。这些新的电流磁效应，这不同于传统的非常霍尔效应和各向异性磁阻，如下。1)纵向电阻率线性地依赖于垂直于膜的磁化分量。2)平行于磁化的电流可以在膜的垂直方向上产生电场。3)垂直于膜的电流可以产生沿着磁化方向的电场。
2015-10-05 cond-mat.mes-hall
Switching Properties in Magnetic Tunnel Junctions with Interfacial Perpendicular Anisotropy: Micromagnetic Study
通用存储器的作用可以成功地满足磁隧道结（MTJ）的写入机制是基于自旋转移矩（STT）。在CoFeB和MgO之间的界面处具有界面垂直各向异性（IPA）的MTJ中，已经实现了开关特性（较低的开关电流密度维持热稳定性）的改善。在本文中，微磁学模拟指出IPA和饱和磁化强度（MS）的快速磁化反转在5，10和20 ns实现的性能的影响。两种情况下的平面和平面外的自由层。此外，包括在20 ns的面内开关的热效应和开关过程中的能量耗散的完整分析说明。该研究可为基于STT的存储器设计提供参考。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall
