Ferromagnetic resonance of exchange-coupled perpendicularly magnetized bilayers
在垂直磁化系统中，强铁磁层间交换耦合$J$正变得越来越受欢迎。我们研究是否铁磁层间交换耦合可以测量宽带铁磁共振方法和磁磁滞回线的组合。为此，我们模拟开关和双层系统中的本征激发，包括一个软层耦合到一个较厚的硬层，具有较高的垂直磁各向异性。对于大的$J >0$，开关场基本上与$J$无关，但是双层的光学本征模的频率和声学和光学本征模的线宽直接对耦合敏感。我们推导出一个语料库的紧凑的解析表达式来分析这些频率，它们的线宽，并讨论其意义。我们说明了这个语料库上的系统模仿的磁隧道结的自旋力矩应用程序的固定层。
2016-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Orbital torque switching in perpendicularly magnetized materials
本文证明Zr轨道霍尔材料可在垂直磁化[Co/Pt]3中产生约0.78的轨道力矩效率，并以约2.6×10^6 A/cm²电流密度实现完全磁化翻转。
2024-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Millimeter-sized magnetic domains in perpendicularly magnetized ferrimagnetic Mn4N thin films grown on SrTiO3
使用外延层的畴壁为基础的自旋电子应用程序往往受到阻碍钉扎网站的存在。在这里，我们表明，当沉积Mn4N（10 nm）外延膜，MgO（001）的替代SrTiO 3（001）衬底允许最大限度地减少失配，并获得改善的结晶质量，更尖锐的开关，一个完整的剩磁，高各向异性和显着的毫米级磁畴，直和光滑的畴壁。在电流感生畴壁运动的背景下，
2018-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques acting upon a perpendicularly-magnetized Py layer
我们发现，Py，一种常用的软铁磁材料，具有弱各向异性，可以成为非对称磁化，而沉积在Ta缓冲层与Hf或Zr插入层（ILs）和MgO盖层。采用谐波电压测量和磁滞回线位移测量两种不同的方法，对具有垂直磁各向异性的Ta/IL/Py/IL/MgO磁性异质结构的类阻尼自旋轨道力矩（DL-SOT）效率进行了表征.我们发现，虽然Ta有一个显着的自旋霍尔效应，DL-SOT的效率是小的系统与Ta/Py接口相比，从传统的Ta/CoFeB接口的控制样品。结果表明，Ta/Py界面的自旋透明性远小于Ta/CoFeB界面，这可能与不同界面的自旋混合电导有关.
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicularly magnetized Mn-Co-Ga-based thin films with high coercive field
采用磁控共溅射法在MgO衬底上生长了Mn $_{3-x}$ Co $_{x}$ Ga外延薄膜。根据Co含量的不同，其结构为四方晶系或立方晶系。研究了薄膜的饱和磁化强度和单轴磁各向异性$K_u$的组分依赖性。Mn $_{2.6}$ Co $_{0.3}$ Ga $_{1.1}$薄膜具有较高的$K_u$（1.2 MJ m $^{-3}$），磁矩为0.84 $μ_B$ .通过硬X射线光电子能谱获得价带谱。尖锐的峰值在立方的情况下，这是缺席的情况下，tetraquinion，证明了一个范霍夫奇点导致一个带Jahn-Teller效应与tetraquinion失真。观测结果与第一性原理计算吻合得很好。
2012-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic resonance spectroscopy of perpendicularly magnetized permalloy multilayer disks
使用磁共振力显微镜，我们比较的铁磁共振光谱的个别微米大小的磁盘具有相同的直径，1 $m$ m，但不同的层结构。对于由单个43.3nm厚的坡莫合金（Py）层组成的盘，垂直配置中的最低能量模式是均匀进动。较高能量的模式是沿着圆盘直径限制的自旋驻波。对于Cu（30）/Py（100）/Cu（30）nm多层结构，已经解释了最低能量模式变成了局限于Cu/Py界面的进动。当多层膜变为Py（100）/Cu（10）/Py（10）nm时，厚层的这种局域模与薄层的进动耦合。
2006-12-13 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
Electrical Transport of perpendicularly magnetized L10-MnGa and MnAl films
L10有序MnGa和MnAl铁磁薄膜表现出巨大的垂直磁各向异性和对磁性和结构无序的高度可控性，不仅在磁纪录、永磁体和自旋电子学等方面有着广阔的应用前景，而且在无序相关电输运现象的可控研究中也有着广阔的应用前景。本文综述了具有垂直磁各向异性的L10有序MnGa和MnAl薄膜中轨道双沟道近藤效应和反常霍尔效应的有趣实验观察。我们也给出了关于这些垂直磁化Mn基二元合金薄膜的未来技术和基础应用的前景。
2017-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Magnetism of Perpendicularly Magnetized MnxGa Epitaxial Films on GaAs for Practical Applications
Mn_xGa薄膜具有高垂直各向异性、高矫顽力和高能量积，在超高密度垂直记录、永磁体、自旋转移矩存储器和振荡器、磁阻传感器以及铁磁金属/半导体异质结器件等方面具有巨大的应用潜力。在这里，我们提出了一个全面的图表，通过使用分子束外延生长在III-V族半导体GaAs上的垂直磁化MnxGa薄膜的有效磁性剪裁的第一次，通过系统地调查宽范围的组合物和详细的生长后退火效应。我们发现，（001）取向的MnxGa薄膜与L10或D 022有序可以在GaAs上结晶在一个非常宽的组成范围从x=0.76到2.6。L10有序MnxGa薄膜具有强的磁化强度、高的磁阻比、巨大的垂直各向异性、高的本征和非本征磁致伸缩率以及大的能量积，这些特性使得这种材料在垂直磁纪录、高性能自旋电子器件和永磁体等方面具有良好的应用前景。相比之下，D 022有序薄膜表现出较低的垂直各向异性和较弱的磁性。生长后退火的MnxGa薄膜的研究表明，高的热稳定性高达450 ℃，和有效的剪裁的磁性可以通过延长退火在450 ℃。这些结果将有助于理解这种材料和设计新的自旋电子器件的具体实际应用。
2013-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoplasmonic properties of perpendicularly magnetized $[$Co/Pt$]_{N}$ nanodots
我们证明了在垂直磁化的$[$ Co/Pt $]_{N}$纳米点介导的优化的等离子体激元模式的激发的磁光效应的十倍共振增强。两个磁等离子体系统被认为是$[$ Co/Pt $]_{N}$纳米点的玻璃和相同的阵列上的Au/SiO2双层的正方形阵列。在玻璃上，纳米点阵列的光学和磁光光谱由表面晶格共振（SLR）的激发主导，而在Au/SiO ${}_{2}$上，窄表面等离子体激元（SPP）共振进一步剪裁光谱。SLR和SPP模式都是磁光激活的，导致克尔角的增强。我们详细的光学和磁光光谱的Co/Pt双层重复的数目，纳米点的直径，和阵列周期的依赖关系，提供如何最大化和光谱调谐垂直磁化的$[$ Co/Pt $]_{N}$纳米点的磁光响应的设计规则。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic microscopy of topologically protected homochiral domain walls in an ultrathin perpendicularly magnetized Co film
下一代固态存储器件的概念是基于电流驱动的畴壁传播，其中畴壁速度决定器件性能。结果表明，畴壁的运动速度和运动方向受畴壁的性质及其手征性的控制。这种手性是由于铁磁体和重金属之间的界面处缺乏反转对称性而产生的效应，导致可以控制磁畴壁的形状和手性的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。在这里，我们提出了直接成像的域壁在Pt/Co/AlO $_x$膜使用洛伦兹透射电子显微镜，证明存在的同手性，从而拓扑保护，Néel墙。这样的畴壁是用于密集数据存储的良好候选者，使位大小下降到接近畴壁宽度的极限。
2015-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Twisted domain walls and skyrmions in perpendicularly magnetized multilayers
我们提出了一个分析理论来描述三维磁性纹理的垂直磁化的磁性多层膜中出现的静磁相互作用和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya）的存在下。我们证明，在多层畴壁开发一个复杂的扭曲结构，即使是具有较强的扭曲的薄膜仍然存在。这种扭曲的起源是表面体积杂散场相互作用，表现为一个深度依赖的有效场，其形式模仿的有效场。我们发现，壁扭曲的平衡skyrmion或域的大小有轻微的影响，但可以显着影响电流驱动的动力学。我们的结论是基于推导出的静磁能的解析表达式，并证实了微磁学模拟。
2018-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-driven domain wall dynamics in perpendicularly magnetized multilayers
我们报道了在铁电BaTiO $_3$衬底上的Cu/Ni多层膜中由可逆电场驱动的磁畴壁运动。在我们的异质结构中，应变耦合到BaTiO $_3$衬底中具有面内和垂直极化的铁弹畴导致在Cu/Ni多层膜中分别形成具有垂直和面内磁各向异性的畴。分隔磁畴的壁弹性地钉扎到铁电畴壁上。利用磁光克尔效应显微镜，我们证明了跨BaTiO $_3$衬底的面外电场脉冲一致地移动磁畴和铁电畴壁。我们的实验表明，畴壁速度与电场强度的指数增加和相反的畴壁运动的正，负场脉冲。磁场不影响磁畴壁的速度，但独立地调整它们的内部自旋结构，导致高速下畴壁动力学的变化。
2017-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Fullerene on domain size and relaxation in a perpendicularly magnetized Pt/Co/C60/Pt system
当巴克敏斯特富勒烯（C60）与铁磁体（FM）相邻放置时，它可以在界面（称为spinterface）处表现出铁磁性。这种spinterface的形成是由于界面处的轨道杂化和自旋极化电荷转移。spinterface可以影响域的大小和动力学的有机/铁磁异质结构。在此，我们对具有垂直各向异性的Pt/Co/C60/Pt体系进行了磁畴成像和弛豫动力学研究。并与其母体Pt/Co/Pt体系进行了比较。据观察，在Pt/Co/Pt系统中的C60的存在下增加的各向异性和气泡域的尺寸减小。此外，Pt/Co/C60/Pt系统的开关时间比Pt/Co/Pt系统快近两倍。我们还进行了自旋极化的密度泛函理论（DFT）计算，以了解下面的机制。DFT结果表明形成了自旋极化的spinterface，导致各向异性的增强。
2021-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Bistability of vortex core dynamics in a single perpendicularly magnetized nano-disk
使用磁共振力显微镜（MRFM）在垂直偏置磁场（$H$）中对单个涡旋态磁性纳米盘进行微波光谱分析。揭示了$H$在涡核旋转旋向频率上引起的分裂与涡核两个稳定极性的存在有关。这种分裂使得能够对芯极性进行光谱检测。双稳态延伸到偏置磁场$H_r$的大负值（与磁芯反平行），此时磁芯极性反转。对应于每个芯极性的两个稳定旋转模式的频率之间的差与$H$以及盘厚度与其半径的比率成比例。简单的分析理论结合微磁模拟给出了定量描述所观察到的磁动力学。
2009-05-05 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
Strain engineered domain structure and their relaxation in perpendicularly magnetized Co/Pt deposited on flexible polyimide
对具有灵活性的快速、节能自旋电子器件的需求需要额外的能量来进行磁化操纵。应力和应变已经显示出它们将磁特性调谐到期望水平的潜力。在这里，我们报告了一个系统的研究的影响，拉伸和压缩应力的磁各向异性（MA）。进一步研究了应力对垂直磁化Co/Pt薄膜中畴结构和磁化弛豫机制的影响。据观察，一个最小的面内拉伸应变增加了38 $\%$的初始值的膜的介电常数，而一个非常小的变化的介电常数已被发现在压缩应变。在拉伸应变下，铁磁畴的尺寸减小，而在压缩应变下没有观察到变化。在亚矫顽磁场下测量的磁化强度在应变状态下产生较长的弛豫时间。
2020-01-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lack of simple correlation between switching current density and spin-orbit torque efficiency of perpendicularly magnetized spin-current generator/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道转矩可以驱动磁性层的电切换。在这里，我们报告说，至少对于微米尺寸的样品，阻尼类自旋轨道扭矩（dampinglike spin-orbit torque）（damping-DL ^j）的效率和垂直磁化的自旋电流发生器/铁磁体异质结构的临界开关电流密度之间没有简单的相关性。我们发现，在畴壁脱钉分析中，基于开关电流密度的ε_DL ^j的值可以被低估或高估ε_DL^j达数十倍，而在基于开关电流密度的宏自旋分析中，ε_DL^j可以被高估达数千倍。当比较自旋电流发生器的相对强度时，临界开关电流密度本身是一个很差的预测因素。
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Offset fields in perpendicularly magnetized tunnel junctions
本文研究了偏置场对垂直磁化隧道结自由层的影响。在扩展膜中，自由层偏移场是通过MgO隧道氧化物与参考层的层间交换耦合而产生的。因此，自由层偏移场伴随着自由层和参考层铁磁共振频率的偏移。位移取决于两个磁化的相互取向。偏移场随隧道氧化物的电阻面积积而减小。将隧道结图案化成STT-MRAM盘形单元实质上改变了偏移场，因为横向尺寸的减小伴随着参考层和硬层产生杂散场。实验偏置场与这些杂散场之和的空间平均值相比效果最好，从而为偏置场工程提供指导。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics and morphology of chiral magnetic bubbles in perpendicularly magnetized ultra-thin films
利用微磁学模拟方法研究了垂直磁化超薄膜中无序和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的磁泡畴壁动力学。无序作为具有随机分布的尺寸和在边缘处变化的交换常数的颗粒被并入材料中。正如预期的那样，在同时施加面外和面内场的情况下，磁泡沿着面内场的轴不对称地膨胀。值得注意的是，气泡的形状有一个波纹状的部分，这会导致一个扭结状（急剧下降）的功能，在速度与面内场曲线。我们发现，这些波纹起源于垂直布洛赫线的成核和相互作用。此外，我们表明，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用场不是恒定的，而是取决于面内场。我们还扩展了集体坐标模型的磁畴壁运动的磁泡，并比较它与微磁模拟的结果。
2018-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Integration of a Perpendicularly Magnetized Ferrimagnetic Metal on a Ferroelectric oxide for Electric-Field Control
铁磁体，它同时具有铁磁体（可检测的磁矩）和反铁磁体（超快自旋动力学）的优点，最近引起了人们的极大关注。在这里，我们报告的优化外延生长的四重垂直磁化的亚铁磁体Mn_2Ga在MgO上。系统地研究了其电输运、磁性质和反常霍尔效应（AHE）。此外，我们成功地集成了高品质的外延铁磁Mn 2 Ga薄膜铁电PMN-PT单晶与MgO缓冲层。结果发现，这种亚铁磁体的AHE可以有效地调制由一个小的电场在一个大的温度范围内以非易失性的方式。因此，这项工作证明了铁磁材料在开发高密度和低功率自旋电子器件方面的巨大潜力。
2021-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Theory of Magnetodynamics Induced by Spin Torque in Perpendicularly Magnetized Thin Films
介绍了一种点接触铁磁薄膜中自旋波激发的非线性模型。大振幅磁孤立波的计算，这有助于解释最近的自旋扭矩实验。完全非线性模型的数值模拟预测的激励频率超过0.2太赫兹接触直径小于6纳米。模拟还预测了饱和和红移的频率在电流大到足以反转磁化下的点接触。理论近似为一个三次复Ginzburg-Landau型方程。用微扰法求出了该模式的非线性频移，其结果与直接数值模拟的结果一致。
2005-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Back-hopping in Spin-Transfer-Torque switching of perpendicularly magnetized tunnel junctions
我们分析了垂直磁化隧道结中自旋矩引起的磁化翻转中的回跳现象。该分析是基于单次拍摄的时间分辨电导测量的脉冲引起的回跳。研究几种材料变体表明，反向跳跃是隧道结的名义上固定系统的一个特征。发现反向跳跃通过两个顺序的切换事件进行，这导致接近于但不同于常规并联状态的电导的最终状态P'。P'态在剩磁时不存在。如果电流被移除，它通常会松弛到传统的反平行状态。P'状态涉及固定层的唯一自旋极化部分的切换。文献的分析表明，只有当自旋极化层太弱耦合到固定系统的其余部分时，才会发生回跳，这证明了在自旋转移矩磁性随机存取存储器中凭经验实施的回跳缓解策略的后验性。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics of domain growth driven by dipolar interactions in a perpendicularly magnetized ultrathin film
对垂直磁化的Fe/2 ML Ni/W（110）双金属薄膜的交流磁化率的测量表明，该系统支持的条纹状畴结构中畴生长和畴密度变化的动力学特征是清晰的。在0.20 K/s < R < 0.70 K/s范围内，随着升温速率的增加，磁化率峰向高温移动。使用松弛模型的分析表明，定量的动力学驱动的非平衡域密度在（近）零场（即偶极相互作用），和温度的变化是由于响应时间由局部域壁段的钉扎结构缺陷。由偶极相互作用驱动的畴密度弛豫的基本时间尺度比由外加场驱动的单个巴克豪森步骤的基本时间尺度慢10^5倍。基本时间尺度的增加反映了偶极子和塞曼能量的相对大小，以及需要许多局部畴壁段的相关运动来影响畴生长。
2010-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain wall motions in perpendicularly magnetized CoFe/Pd multilayer nanowire
利用反常霍尔效应测量方法研究了600 nm宽的Ta（5 nm）/Pd（5 nm）/[CoFe（0.4 nm）/Pd（1.2 nm）] $_{15}$ /Ta（5 nm）多层膜纳米线中电流诱导畴壁运动.结果表明，在低至1.44 $\times$ × 10 $^{11}$ A·m $^{-2}$的电流密度下，可以驱动DW的运动.从脱钉场对电流的依赖关系中定量地分离了被认为是DW运动有效场的奥斯特场（$H_{Oe}$）和自旋转移矩场（$H_{ST}$）的影响。结果表明，壁的运动基本上是由非绝热性与高的非绝热因子$β$高达0.4。
2014-05-28 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
Perpendicularly magnetized YIG films with small Gilbert damping constant and anomalous spin transport properties
具有垂直磁各向异性（PMA）的Y3 Fe 5 O 12（YIG）薄膜在自旋电子学领域的应用近年来引起了人们的广泛关注。本文报道了在（Gd2.6Ca0.4）（Ga4.1Mg0.25Zr0.65）O 12（SGGG）衬底上外延生长的YIG薄膜在未经预处理的情况下产生的PMA。倒易空间映射表明，薄膜晶格匹配的衬底没有应变弛豫。通过铁磁共振和极化中子反射测量，我们发现这些YIG薄膜具有超低的Gilbert阻尼常数，在YIG/SGGG界面处的磁死层厚度约为0.3nm。此外，与Pt/YIG/Gd 3Ga 5 O 12（GGG）薄膜相比，Pt/YIG/SGGG薄膜的输运行为显示出自旋混合电导的增强和反常霍尔效应的非单调磁场依赖性.在150 ~ 350 K的温度范围内提取了非单调的反常霍尔信号，这可能是由于单轴应变在Pt/YIG界面上产生的非共线磁序引起的.
2020-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamical signature of a domain phase transition in a perpendicularly-magnetized ultrathin film
本文用交流磁化率研究了具有垂直各向异性的NiFe/Ni/W（110）薄膜中的畴相。几分钟到几小时的时间尺度上的动力学进行了探讨淬火系统从高温条纹相区，并改变恒定的升温速率作为磁化率的痕迹进行了测量。观察到整个磁化率峰沿温度轴缓慢松弛，峰值温度随着加热速率的降低而增加。这与如果这种缓慢弛豫是由条纹相内的畴密度变化驱动的情况正好相反。相反，数据与用于从高温去除淬火中捕获的图案缺陷和曲率的显著密度的简单模型一致。定量分析证实，弛豫动力学是一致的介观重排所需的领域，以消除图案缺陷，该实验构成了一个“动态”观察的相变从高温，位置无序相的低温，有序的条纹相。
2009-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Linear Enhancement of Spin-Orbit Torques and Absence of Bulk Rashba-Type Spin Splitting in Perpendicularly Magnetized [Pt/Co/W]n Superlattices
本文开发了可溅射沉积于商用氧化硅衬底的[Pt/Co/W]n超晶格，其SOT随n线性增强并在n=12时达到巨值，证明SOT主要源于自旋霍尔效应而非体Rashba效应，并实现了低电流密度下的确定性磁化翻转，为高性能自旋电子存储与计算提供了有力候选材料。
2024-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Spin and orbital magnetic moments in perpendicularly magnetized Ni$_{1-x}$Co$_{2+y}$O$_{4-z}$ epitaxial thin films: Effects of site-dependent cation valence states
利用X射线吸收谱（XAS）和X射线磁性圆二色性谱（XMCD）研究了具有垂直磁各向异性的反尖晶石亚铁磁体Ni $_{1-x}$ Co $_{2+y}$ O $_{4-z}$（NCO）外延薄膜中阳离子的价态、自旋和轨道磁矩.我们表明，在脉冲激光沉积薄膜生长过程中的氧压P $_{O2}$不仅影响阳离子的化学计量（占位），但也阳离子的价态。我们的XAS结果表明，在O $_{h}$ -位的Ni处于+2和+3之间的中间价态，Ni $^{(2+δ)+}$（0< $δ$ <1），其名义价态（$δ$值）随P $_{O2}$而变化。另一方面，八面体（O $_{h}$）和四面体（T $_{d}$）位置中的Co分别具有接近+3和+2的价态。我们还发现，XMCD信号主要来源于T-$_{d}$位的Co-$^{2+}$（Co-$_{Td}$）和O-$_{h}$位的Ni-$^{(2+δ)+}$（Ni-$_{Oh}$），表明这些阳离子的价态是决定NCO薄膜磁性和输运性质的关键.有趣的是，产生XMCD信号的Ni $^{(2+δ)+}$的价态保持不变，与P $_{O2}$无关。负责磁矩和导电的Ni $^{(2+δ)+}$的电子结构不同于Ni $^{2+}$和Ni $^{3+}$的电子结构。此外，源自Co $_{Td}$的轨道磁矩大至0.14 $μ_{B}/Co_{Td}$且平行于磁化，而Ni $_{Oh}$轨道磁矩小至…
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Material developments and domain wall based nanosecond-scale switching process in perpendicularly magnetized STT-MRAM cells
我们调查吉尔伯特阻尼和垂直磁化的FeCoB基自由层嵌入隧道结足够的自旋力矩操作的存储器的磁化开关。研究了MgO / FeCoB /Ta系合金中硼含量对晶化退火后Gilbert阻尼的影响。将硼含量从20%增加到30%提高了结晶温度，从而推迟了自由层内元素扩散的开始。Ta原子的相互扩散的这种减少有助于将吉尔伯特阻尼保持在0.009的低水平，而对各向异性和磁输运性质没有任何损失，直到CMOS后端工艺中所需的400 $^\circ$ C退火。此外，我们表明，组成MgO/FeCoB/Ta/FeCoB/MgO的双MgO自由层具有比它们的MgO/FeCoB/Ta对应物低得多的阻尼，对于3 μ m厚的钽间隔物，达到低至0.0039的阻尼参数。这证实了阻尼的主要通道是FeCoB合金内Ta杂质的存在。在优化的隧道结上，我们研究了自旋转移矩引起的开关事件的持续时间。我们专注于在最佳的应用领域条件下的亚阈值热激活开关。从开关的电气签名，我们推断，一旦成核已经发生，反转进行的畴壁扫过的设备在几个10米/秒。设备越小，切换速度越快。我们提出了一个分析模型来解释我们的研究结果。对于比壁宽大得多的器件，畴壁速度与电流成线性比例。壁速度取决于布洛赫畴壁宽度，使得具有最低交换刚度的器件将是具有最慢迁移率的畴壁的器件。
2017-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasistatic and Pulsed Current-Induced Switching with Spin-Orbit Torques in Ultrathin Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy
自旋-轨道相互作用产生的自旋力矩提供了一种利用在层的平面中流动的电流来反转垂直磁化的双折射膜的磁化的手段。应用中的一个基本和关键问题是纳秒电流脉冲开关的速度和效率。在这里，我们调查和对比准静态（慢扫电流）和脉冲电流感应开关特性的微米级霍尔十字组成的非常薄的（$<1$ nm）垂直磁化CoFeB层$β$ -Ta。虽然在准静态情况下在阈值电流密度下发现完全磁化反转，但短持续时间（$\leq 10$ ns）较大幅度脉冲（$\simeq 10 \times$准静态阈值电流）仅导致部分磁化反转和畴形成。我们将部分反转与脉冲期间反转畴扩展的有限时间相关联。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Size-dependence of nanosecond-scale spin-torque switching in perpendicularly magnetized tunnel junctions
我们的时间分辨的自旋转移力矩诱导开关在垂直磁化隧道结的直径从50到250 nm的热激活制度。当磁场和自旋矩同时有利于P到AP的转变时，反转产生单调的电阻斜坡，可以解释为畴壁以17到30 nm/ns的速度通过器件传播;较小的单元因此切换得更快。当电场阻碍P到AP的转换时，在转换之前会进行重复的转换尝试，在此期间电阻会瞬时增加，直到发生成功的反转。在50 nm处，P到AP切换在3 ns内可再现地进行，器件电阻单调增加。在反向转换（AP到P）中，即使在最小的结中也可能有几条反向路径。此外，在纳米尺度下，响应的不均匀性似乎仍然存在，有时在反转期间具有强烈无序的电特征。在100 nm以上的器件中，AP到P的转变之前是AP状态的强不稳定性。在切换到P之前，电阻变得非常激动，在产生具有可变性的电导的缓慢（20-50 ns）不规则增加的路径中。60 nm的未反转气泡可以在最大的结中持续几微秒。AP到P切换的复杂性降低，但不抑制当结的尺寸缩小到60 nm以下。初始AP状态的不稳定性不再被检测到，但其他特征仍然存在。在最小的结（50 nm），我们偶尔会观察到更快（低于1 ns）的开关事件。我们讨论了开关的不对称性和其大小的依赖关系的起源，重点是从参考层，这会影响成核是有利的区域中发出的杂散场的非均匀性的作用。
2016-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Domain wall motion governed by the spin Hall effect
永磁材料由于其高的各向异性而引起了人们极大的兴趣，这导致了极窄的纳米尺寸的畴壁。因此，最近研究的电流诱导畴壁运动（CIDWM）在这些材料的承诺，使一类新的数据，存储器和逻辑器件。在这封信中，我们提出自旋霍尔效应作为一个全新的机制CIDWM。我们能够仔细地调整Pt/Co/Pt纳米线上的脱钉实验中的净自旋霍尔电流，提供对CIDWM的独特控制。此外，我们确定的脱钉效率是密切相关的畴壁，我们控制沿纳米线的小字段的内部结构。CIDWM的这种新的表现形式提供了一个非常有吸引力的新的自由度操纵畴壁运动的电荷电流，并揭示了存在矛盾的报告CIDWM垂直磁化材料。
2012-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Ultrathin Magnetic Multilayers at Terraced Topologically Insulating Interfaces for Perpendicularly Magnetized Domains
University of Leeds（利兹大学）；ISIS Neutron and Muon Source, STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC卢瑟福阿普尔顿实验室中子与μ子源）；Diamond Light Source（钻石光源）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文通过优化Bi$_2$Se$_3$/缓冲层/[Pt/CoB/Ru]$_{\times N}$异质结构，实现垂直磁各向异性的均匀性，利用X射线和极化中子反射测量及扫描透射电镜进行表征，发现缓冲层需超过临界厚度以获得稳定的垂直磁化域。
2026-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicularly magnetized Tb/Co multilayers featuring tilted uniaxial anisotropy: Experiments and modeling
Centro Atómico Bariloche（巴里洛切原子中心）；Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo–CNEA（巴尔塞罗研究所，门多萨国立大学-国家原子能委员会）；Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA-CSIC)（阿拉贡纳米与材料研究所）；Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学）
研究通过实验与建模揭示Tb/Co多层结构中垂直磁各向异性的倾斜特性及其对磁性行为的影响。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque induced wall motion in perpendicularly magnetized discs: ballistic versus oscillatory behavior
本文利用时间分辨测量和模型化方法研究了垂直各向异性磁体中磁畴壁的自旋力矩诱导运动。在直径在70和100 nm之间的盘中，壁在盘上漂移，由于壁在Walker区域中移动而产生明显的来回振荡。几个开关路径随机发生，并导致不同的开关持续时间。壁可以以弹道的方式穿过盘中心，或者在穿过之前和之后具有明显的振荡。如果垂直布洛赫线在壁内成核，则中心的交叉甚至可以发生多次。使用由壁位置$q$和其平面内磁化投影的倾斜$ϕ$参数化的集体坐标模型来分析壁运动。的动态结果从拉伸场，它描述了亲和力的壁，以减少其长度和壁刚度场描述的壁倾向，以减少偶极能量通过旋转其倾斜。壁振荡是由两个自由度$q$和$ϕ$之间的能量连续交换引起的。壁动力学的随机性可以从滞留池的概念来理解：滞留池是$q-ϕ$空间中的一个区域，在该区域中，壁暂时地束缚在圆盘中心。具有接近池塘的轨迹的壁必须绕过它，因此具有较长的传播时间。对于通常为40 nm的圆盘直径，保留池消失：然后，壁以弹道方式移动，而不管其倾斜的动力学。然后，传播时间对波动是鲁棒的，因此是可再现的。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Room Temperature Strong Orbital Moments in Perpendicularly Magnetized Magnetic Insulator
本研究通过XMCD和铁磁共振谱实验，发现垂直磁化亚铁磁绝缘体Tm3Fe5O12中存在源于Tm 4f轨道的大室温轨道矩，其导致g因子随温度非线性降低，为轨道电子学研究提供了关键依据。
2024-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Using rf voltage induced ferromagnetic resonance to study the spin-wave density of states and the Gilbert damping in perpendicularly magnetized disks
我们研究了如何在射频电压感应铁磁共振自旋波共振线的形状可以用来提取自旋波态密度和具有垂直各向异性的纳米隧道结旋进层内的阻尼。我们的工作与沿易轴施加的字段，以保持系统的单轴对称性。我们描述的设置来研究的磁化率贡献的自旋波的场频率空间。然后，我们确定了最大的设备尺寸以上的自旋波不能再孤立地研究，因为它们的响应的线宽使它们重叠。射频电压感应信号是两个电压的总和，具有可比的幅度：第一个电压，源于横向磁化率和磁阻整流和第二个电压，产生于非线性纵向磁化率和所产生的时间平均变化的微磁配置。横向和纵向磁化率信号具有不同的直流偏置依赖性，使得它们可以通过测量器件如何在不同的直流偏置电压下整流射频电压来分离。横向和纵向磁化率信号具有不同的线形;它们的联合研究可以产生具有与标准FMR相比的置信度的设备的自由层的吉尔伯特阻尼。我们的方法是说明基于FeCoB的自由层，其中单独的自旋波可以充分解决只有低于200 nm的磁盘直径。具有90 nm直径的装置上的谐振线形状与0.011的吉尔伯特阻尼一致。0.011的阻尼超过在未图案化的膜上测量的0.008的值，这表明需要器件级测量来正确评估耗散。
2017-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall Effect in Chemically Disordered L10-Mn1.5Ga
本文研究了垂直磁化的L_（10）-Mn_（1.5）Ga单晶薄膜的反常霍尔效应（AHE）与长程有序度和温度的关系。我们的研究结果提供了有力的证据，声子有可忽略的小影响的斜散射贡献AHE电阻率比缺陷，忽略了在传统的标度律的结果显着的差异和指数n超过2时，拟合数据。我们发现，长程化学有序的破坏强烈影响AHE电导率的内在和外在贡献，例如，它通过影响能带结构的拓扑极大地抑制了本征贡献。我们的研究结果是非常重要的物理理解和技术工程的AHE。
2016-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer torques generated by the anomalous Hall effect and anisotropic magnetoresistance
铁磁体中的自旋-轨道耦合引起反常霍尔效应和各向异性磁阻，这两者都可以用于以与自旋霍尔效应类似的方式产生自旋转移转矩。在本文中，我们将展示如何利用这些效应来可靠地切换垂直磁化层和移动畴壁。反常霍尔效应和各向异性磁阻的漂移扩散处理描述了在垂直于电场的方向上流动的自旋电流。在具有由间隔层分开的两个铁磁层的系统中，面内电场导致自旋电流从一个层注入到另一个层中，从而产生自旋转移转矩。与非磁性材料中的相关自旋霍尔效应不同，异常霍尔效应和各向异性磁阻允许通过改变注入层中的磁化方向来控制注入自旋的取向，并因此控制转矩。在一个层上的扭矩示出丰富的角度依赖性作为在另一层中的磁化的取向的函数。通过改变固定层中的磁化方向而提供的转矩的控制使得可以可靠地切换垂直磁化的自由层。我们计算的临界电流密度为代表的CoFe/Cu/FePt结构表明，开关可以是有效的适当的材料选择。类似地，磁化方向的控制可以驱动畴壁运动，如NiFe/Cu/NiFe结构所示。
2014-11-18 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
Electrical detection of magnetic circular dichroism: application to magnetic microscopy in ultra-thin ferromagnetic films
对薄膜的磁结构进行成像是一个长期的研究领域。近几年来，二维铁磁材料的出现呼唤着磁成像领域的创新。由于磁矩非常小，因此SQUID、转矩磁力测量法、磁力显微镜和克尔效应显微镜等标准技术具有挑战性，并且通常会导致检测到寄生磁贡献或伪效应。在这项工作中，我们报告了一种新的磁显微镜技术的基础上相结合的磁性圆二色性和Seebeck效应在半导体/铁磁双层膜。我们实现了这种方法与垂直磁化（Co/Pt）多层膜溅射在Ge（111）。我们进一步表明，MCD的电检测是更敏感的克尔磁力，特别是在超薄膜制度，这使得它特别有前途的新兴的二维铁磁材料的研究。
2020-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy in ultra-thin Cu$_2$Sb-type (Mn-Cr)AlGe films onto thermally oxidized silicon substrates
表现出小饱和磁化强度（$M_\mathrm{s}$）的垂直磁化膜对于自旋转移矩写入型磁阻随机存取存储器（STT-MRAM）是必不可少的。在本研究中，研究了Cu $_2$ Sb型晶体结构的金属间化合物{（Mn-Cr）AlGe}作为显示低$M_\mathrm{s}$（$\sim 300$ kA/m）和高垂直磁各向异性$K_\mathrm{u}$的材料。在热氧化硅衬底上制备的薄膜样品中，研究了$K_\mathrm{u}$的层厚度依赖性以及在顶部和底部（Mn-Cr）AlGe $|$ MgO界面处的Mg插入层的影响，以在几纳米的厚度范围内实现高$K_\mathrm{u}$。最佳镁插入厚度分别为1.4和3.0 nm的底部和顶部的接口，这是相对较厚的结果相比，在以前的研究中报道的磁性隧道结类似的插入效应调查。横截面的透射电子显微镜图像显示，镁插入层作为障碍的相互扩散的Al原子，以及从MgO层的氧化。对于5 nm和3 nm厚的（Mn-Cr）AlGe薄膜，在最佳Mg插入厚度下，室温下$K_\mathrm{u}$的值分别约为$7 \times 10^5$和$2 \times 10^5$ J/m $^3$。在几个纳米厚度的$K_\mathrm{u}$是可比的或高于那些报道的垂直磁化的CoFeB薄膜，这是传统上使用的MRAM，而$M_\mathrm{s}$值是三分之一或更小的CoFeB薄膜。所开发的（Mn…
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Stripe width and non-local domain walls in the two-dimensional Dipolar Frustrated Ising Ferromagnet
我们描述了一种新型的磁畴壁，在对比布洛赫或尼尔壁，是非本地化的，在一定的温度范围内，非单调。该壁表现为长程偶极相互作用受挫的二维铁磁伊辛模型的平均场解。我们提供的实验证据，这种壁离域在垂直磁化的磁薄膜的条纹畴阶段。与实验结果一致，我们发现，条纹宽度随温度的升高而减小，并接近一个有限的值在居里温度以下的幂律。在平均场近似下，二维库仑阻挫伊辛铁磁体具有相同的壁和相似的条宽温度依赖性。
2008-02-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
