Role of Magnetic Field in Self-Oscillation of Nanomagnet Excited by Spin Torque
通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程，研究了由垂直磁化自由层和面内磁化钉扎层组成的自旋力矩振荡器（STO）的自激振荡临界电流.我们发现，临界电流发散在某些领域的方向，表明自振荡不发生在这些方向。还发现临界电流的符号随外加磁场方向而变化。
2014-12-04 cond-mat.mes-hall
Optimal protocol for spin-orbit torque switching of a perpendicular nanomagnet
它表明，通过最优控制理论的能量成本的自旋-轨道转矩诱导反转的纳米磁体与垂直各向异性可以大大减少通过适当的成形的电流脉冲的两个面内组件。的时间依赖性的最佳开关脉冲，最大限度地减少与焦耳加热相关的能量成本的解析推导出所需的反转时间和材料特性。得到了在开关速度和能量效率之间提供折衷的最佳反转时间。一个甜蜜点之间的平衡的类场和阻尼类组件的自旋轨道扭矩被发现，它允许一个特别有效的开关由下啁啾旋转电流脉冲的持续时间不需要被精确地调整。
2022-03-02 cond-mat.mes-hall
Thermally activated switching rate of a nanomagnet in the presence of spin torque
研究了面内磁化系统热激活区自旋力矩开关速率与电流的关系。开关速率的对数非线性地依赖于高电流区域中的电流，I_{c} < I < I_{c} ^{*}，其中I_{c}和I_{c} ^{*}是区分磁化稳定性的临界电流。我们还发现，尝试频率在I_{c}附近有一个最小值，并且在I_{c}处的尝试频率比零电流处的尝试频率小三个数量级，这与先前实验分析中假设的它保持恒定相反。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall
Thermally-Assisted Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal in Uniaxial Nanomagnets
我们模拟的随机朗道-Lifshitz-吉尔伯特（LLG）的单轴纳米磁体的动态到亚毫秒的时间尺度，使用基于图形处理单元的微磁代码，并确定热辅助反转动力学的自旋电流和单轴各向异性轴之间的几何倾斜的效果。逐渐接近开关时间（$I\rightarrow 0$，$<τ>\propto\exp(-ξ(1-I)^2)$）的渐近行为，表明弹道和热辅助自旋转移反转之间的广泛交叉制度。有趣的是，平均开关时间被证明是几乎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。
2012-05-29 cond-mat.mes-hall
Tracking random walk of individual domain walls in cylindrical nanomagnets with resistance noise
通过测量小磁场下电阻的缓慢波动或噪声，研究了磁性纳米线中畴壁运动的随机性。通过控制注射到隔离的圆柱形镍纳米线的DW，我们已经能够跟踪电阻的离散步骤之间的电引线的DW的运动。仔细检查的时间依赖性的噪声揭示了一个扩散的随机行走的DW具有普遍的动力学指数。我们的实验概述了一种方法，其中电阻能够检测纳米线内的DW的动力学状态，这可以是有用的DW为基础的存储器设计。
2010-06-30 cond-mat.mes-hall
Stochastic resonance of a nanomagnet excited by spin transfer torque
来自自旋极化电流的自旋转移力矩可以在纳米尺度的金属铁磁体中激发大幅度的磁化动力学。由于纳米磁体的磁各向异性能与热能尺度相当，因此温度可以对由自旋转移矩驱动的纳米磁体的动力学具有深远的影响。在这里，我们报告的观察不寻常类型的微波频率非线性磁化动力学共同激发交替自旋转移力矩和热波动。在这些动力学中，温度放大了磁化强度的GHz范围进动的幅度，并通过弱的交变自旋转移力矩激发磁化强度的高度非线性动态状态。我们解释这些热激活动力学的非绝热随机共振的自旋转移矩驱动的磁化。这种类型的磁随机共振可能会在敏感的纳米级微波信号探测器中找到用途。
2009-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Spin-Torque Ferromagnetic Resonance Measurements of Damping in Nanomagnets
利用微波频率自旋转移矩驱动的铁磁共振，在室温下测量了薄膜CoFeB和坡莫合金（Py）纳米磁体的磁阻尼参数α。我们得到的$α_{CoFeB} = 0.014 \pm 0.003$和$α_{Py}=0.010 \pm 0.002$，扩展薄膜的测量值相当，但显着小于以前确定的有效阻尼类似的纳米磁体适合大角度磁激发和磁反转的时域研究。大振幅纳米磁体动力学的较大阻尼归因于非均匀磁模式的非线性激励。
2007-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current induced Spin Torque in a nanomagnet
在纳米磁体（其总自旋S< 1000）中，非常小的极化电流可以导致磁反转。在相同的基础上处理的纳米磁体的传输和磁性连接到磁性引线通过隧道势垒，我们推导出一个封闭的磁化强度的时间演化方程。库仑阻塞现象和磁性之间的相互作用为电流感应自旋力矩提供了一些额外的结构。除了稳定均匀的自旋波的可能性，我们发现，该系统是高度滞后的：多达三个不同的磁状态可以同时稳定在一个区域的参数（磁场和偏置电压）空间。
2005-04-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Geometry Effects in Switching of Nanomagnets with Strain: Reliability, Energy Dissipation and Clock Speed in Dipole-Coupled Nanomagnetic Logic
应变时钟偶极耦合纳米磁逻辑是一种节能的布尔逻辑范例，其进展一直受到其高错误率倾向的阻碍。为了缓解这个问题，我们研究了纳米磁体几何形状对错误率的影响，重点是椭圆形和圆柱形几何形状。我们以前曾报道过，在切换过程中的磁化矢量的平面外偏移产生了一个旋进扭矩，这是负责高切换错误概率在椭圆形纳米磁体几何形状。圆柱形磁体中没有这种扭矩预示着较低的错误率，但我们的模拟表明，与椭圆形磁体相比，错误率实际上没有显著改善，而切换变得不可接受地慢。在这里，我们表明，与CMOS器件相比，偶极耦合纳米磁逻辑可以提供相对较高的可靠性（切换错误概率< 10^-8）、中等的时钟速度（~ 100 MHz）和2-3个数量级的节能，前提是磁体的形状各向异性能垒增加到至少~5.5 eV，以允许在相邻纳米磁体之间设计更强的偶极耦合。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
Experimental Demonstration of an Extreme Sub-Wavelength Nanomagnetic Acoustic Antenna Actuated by Spin-Orbit Torque from a Heavy Metal Nanostrip
一种新型的片上极端亚波长“声天线”，其辐射效率是谐振驱动天线的理论极限的约50倍。该天线由沉积在压电衬底上的磁致伸缩纳米磁体组成。纳米磁体与重金属（Pt）纳米带部分接触。通过纳米带的交流电流的通道在纳米磁体上施加交替的自旋轨道扭矩，并周期性地旋转它们的磁化。在旋转过程中，磁致伸缩纳米磁体膨胀和收缩，从而在下面的压电衬底中建立交替的拉伸和压缩应变。这导致在衬底中产生表面声波，并使纳米磁体组件充当声学天线。该声学天线在检测频率下的测量辐射效率为~ 1%，而波长与天线尺寸之比为~ 67：1。对于以声共振驱动的标准天线，效率将被限制为~（1/67）^2 = 0.02%。通过启动天线，而不是通过声共振，而是通过使用一种完全不同的机制，包括源自Pt中的巨自旋霍尔效应的自旋轨道扭矩，有可能超过该限制（约50倍）。
2020-03-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Magnetization reversal condition for a nanomagnet within a rotating magnetic field
从Landau-Lifshitz-Gilbert方程出发，研究了微波旋转磁场作用下纳米磁体的磁化反转条件。在旋转坐标系中，微波产生指向相反方向的直流磁场，其在能量上稳定了反转状态。我们发现，微波同时产生一个扭矩防止逆转。它指出，该扭矩导致在反转字段中的频率的跳跃。我们推导出的方程，确定在低和高频率区域的能量平衡方程的反转字段。通过与Landau-Lifshitz-Gilbert方程数值模拟结果的比较，验证了公式的正确性.
2014-07-26 cond-mat.mes-hall
Bennett clocking of nanomagnetic logic using electrically induced rotation of magnetization in multiferroic single-domain nanomagnets
作者表明，它是可能的旋转的多铁性（应变耦合两层磁致伸缩压电）纳米磁体的磁化由一个大的角度与一个小的静电势。这可以在纳米磁性逻辑阵列中实现Bennett计时，导致逻辑位从一个级到另一个级的单向传播。这种贝内特计时方法优于使用自旋转移力矩或局部磁场进行磁化旋转。对于现实的参数，它示出了施加到多铁性纳米磁体的~ 0.2 V的电势可以将其磁化旋转近900以实现贝内特时钟。
2010-05-28 cond-mat.mes-hall
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
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
Resonant Acoustic Wave Assisted Spin-Transfer-Torque Switching of Nanomagnets
我们报告的可能性，实现一个数量级的减少能量耗散需要写位在垂直磁隧道结（p-MTJ）通过模拟的磁化动力学下的组合的共振表面声波（r-SAW）和自旋转移矩（STT）。在考虑热噪声的情况下，采用Landau-Lifshitz-Gilbert方程，在宏观自旋假设下，模拟了系统的磁化动力学.磁致伸缩纳米磁体中的共振磁化动力学建立在SAW应用的几十个循环上，其驱动磁化以从垂直方向偏转约45度的锥形旋进。这降低了切换磁化方向所需的STT电流密度，而不会增加STT应用时间或降低在存在室温热噪声的情况下的切换概率。这可以导致实现自旋转移矩随机存取存储器（STTRAM）的能量有效切换的途径，其横向尺寸可以通过采用共振激发而被积极地缩放，尽管使用具有低磁致伸缩的材料。
2019-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of parametric pumping of magnetization precession in a nanomagnet. Parametric mechanism of current-induced magnetization reversal
提出了一种基于参量共振的电流感生磁化反转机制。磁化反转的源是垂直于铁磁纳米磁体的磁各向异性的易磁化轴施加的电流感应磁场。在FeCoB纳米磁体中测量的电流感应磁场在65 mA/μ m 2的电流密度下为60高斯。两种机制的磁化反转的描述和计算。第一种机制是通过RF电流的反转，该RF电流以接近纳米磁体的进动频率的频率调制。第二种机制是通过DC电流的反转，其中磁阻和感应磁场的电流依赖性产生正反馈回路，其将随机微小的热波动放大成导致磁化反转的大磁化进动。将所提出的机制与传统的磁化反转机制如自旋力矩和自旋轨道力矩相结合，可以提高磁性随机存取存储器的性能。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall
Theory of Spin Torque in a nanomagnet
我们提出了一个完整的理论自旋力矩现象的超小纳米磁体耦合到非共线铁磁电极通过隧道结。该模型系统可以用一个简单的微观模型来描述，该模型捕捉了自旋电子学的许多物理效应特征：隧穿磁阻、本征和输运诱导的磁弛豫、电流诱导的磁化反转和自旋积累。在相同的基础上处理的磁性和运输自由度，我们到达一个封闭的方程的磁化强度的时间演化。该方程非常接近自旋阀结构中使用的Landau-Lifshitz-Gilbert方程。我们讨论了如何存在的库仑阻塞现象和离散化的单体谱给出了一些额外的功能，电流感应自旋力矩。取决于制度，耦合到电极引起的动态可以被视为自旋扭矩或作为一个松弛过程。除了稳定均匀自旋进动状态的可能性，我们发现，该系统是高度滞后的：多达三个不同的磁状态可以同时稳定在一个区域的参数空间（磁场和偏置电压）。我们还讨论了如何磁阻可以用来提供额外的信息的非平衡峰存在于纳米磁体光谱实验。
2005-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Averaged equation for energy diffusion on a graph reveals bifurcation diagram and thermally assisted reversal times in spin-torque driven nanomagnets
通过自旋极化电流驱动纳米磁体在磁电子学中提供了令人兴奋的前景，但磁体对这种电流的响应仍然知之甚少。我们表明，一个平均方程描述的能量扩散图捕捉这些系统的低阻尼动态。从这个方程中，我们得到的磁铁的分岔图，包括临界电流诱导稳定的旋进状态和磁化翻转，以及在Kramers的标准反应速率理论不再有效的情况下，热辅助磁化反转的平均时间。这些结果与实验观测相吻合，并为具有反转时间有效能垒的Néel-Brown型公式提供了理论基础。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall math.DS
Current-induced magnetization control in dipolar-coupled nanomagnet pairs and artificial spin ice
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences（保罗谢尔研究所中子与μ子科学中心）；University of Salamanca（萨拉曼卡大学）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）
研究通过电流诱导自旋轨道扭矩控制纳米磁体磁化方向，揭示电流方向与磁体取向关系对切换阈值的影响，为可编程磁控提供新方法。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall
Parametric mechanism of the magnetization reversal as a low-power recording mechanism for MRAM. Measurement of spin-accumulation-induced in-plane magnetic field in a FeB nanomagnet
该研究提出参数力矩作为MRAM的低功耗记录机制，通过实验测量FeB纳米磁体中自旋积累诱导的面内磁场（25 mA/μm²时约40高斯），并解析计算验证其可实现低电流磁化反转，助力MRAM高效运行。
2025-04-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Correlated fluctuations in spin orbit torque-coupled perpendicular nanomagnets
低势垒纳米磁体作为高质量真随机数产生的源吸引了大量的研究兴趣。最近，具有可调输出的低势垒纳米磁体已被证明是用于非常规计算范例（诸如概率自旋逻辑）的自然硬件平台。高质量随机比特的有效生成和可调谐性对于这些新颖应用是至关重要的。然而，目前的自旋电子随机数发生器是基于超顺磁性隧道结（SMTJ）的可调谐性通过自旋转移矩（STT），这必然导致在设计级联网络使用这两个终端设备的挑战。利用自旋轨道力矩（SOT）的最近发展允许三端子器件设计，但只能自由地调谐面内磁化，这由于需要克服大的退磁场而不是非常节能。在这项工作中，我们实验证明了第一次，随机设备与垂直磁各向异性（PMA），是完全可调的SOT没有任何外部磁场的帮助。我们的测量使我们假设，倾斜的各向异性可能是负责所观察到的可调谐性。我们进行随机Landau-Lifshitz-Gilbert（sLLG）模拟，以确认我们的实验观察。最后，我们建立了一个电耦合网络的两个这样的随机纳米磁体为基础的设备，并证明有限的相关性或反相关性可以建立在它们的输出波动之间的弱互连，尽管有很大的差异，在其自然波动的时间尺度。基于新开发的低势垒纳米磁体组成的自主电路的动力学模型的模拟结果与实验结果吻合。
2019-10-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nonequilibrium effects in spin-torque oscillators
本研究通过非平衡Keldysh模型揭示自旋弛豫对自旋扭矩振荡器磁化进动的影响，发现弛豫强度决定持续进动是否允许及其功率-电压非线性关系，强调弛豫机制理解的重要性。
2025-01-21 cond-mat.mes-hall
Intrinsic spin orbit torque in a single domain nanomagnet
我们目前的理论研究的内在自旋轨道力矩（SOT）在一个单畴铁磁层与Rashba自旋轨道耦合（SOC）使用非平衡格林函数形式主义的模型哈密顿量。我们发现，在SOC的一阶，本征SOT只有类场的扭矩对称性，可以解释为纵向自旋电流感应的充电电流和Rashba场。我们分析的结果中的电子结构，如带填充，带宽，交换分裂，以及Rashba SOC强度的材料相关的参数。在此基础上，我们讨论了SOT的大小和符号。我们的研究结果表明，在相同的铁磁层与不同的支撑层，如Co/Pt和Co/Ta，SOT的不同的迹象，可以归因于静电掺杂的铁磁层的支持。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-Controlled Low-Energy Switching of Nanomagnets through Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida Interactions for Magnetoelectric Device Applications
在这封信中，我们认为通过模拟Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）之间的相互作用坐在导电表面上的纳米磁体，和电压控制的门控的低能量开关的纳米磁体可能的存储器和非易失性逻辑应用。对于特异性，我们考虑纳米磁体与垂直各向异性的三维拓扑绝缘体。我们通过耦合到一个或多个纳米磁体的设置方向的RKKY为基础的切换一个纳米磁体的可能性和动力学建模。存储器和非易失性逻辑的应用被认为是，与跟随器，反相器和多数门功能。亚阿焦耳开关能量，远远低于传统的自旋转移矩（STT）为基础的存储器，甚至低于CMOS逻辑出现可能的。开关时间的顺序为几纳秒，相当于时间STT开关，估计铁磁纳米磁体。
2016-03-18 cond-mat.mes-hall
Energy-efficient mixed mode switching of a multiferroic nanomagnet for logic and memory
在磁性存储器和逻辑器件中，磁体的磁化通常利用传递自旋转移力矩（STT）的自旋极化电流来翻转。这种切换模式消耗太多的能量，并且通过使用利用STT和利用电压（VGS）产生的机械应力的组合切换的多铁性纳米磁体可以产生相当大的能量节省。VGS模式比STT消耗更少的能量，但不能将磁化旋转超过90？，从而需要两种模式的组合来进行节能切换。
2010-12-03 cond-mat.mes-hall
Non-linear spin torque, pumping and cooling in superconductor/ferromagnet systems
我们研究了动态磁化的金属纳米磁体与含有稳定自旋分裂场的超导体耦合的异质结构中磁化动力学和电子自由度之间的耦合效应。我们预测这个系统如何表现出非线性的自旋扭矩，它可以被驱动，无论是在界面上的温度差或电压。我们推广这一概念的任意磁化进动推导Keldysh行动的接口，描述耦合的电荷，热量和自旋运输中存在的旋进磁化。我们描述了超导性对旋进阻尼和反阻尼力矩的影响。我们还预测了完整的非线性特性的Onsager对应的扭矩，显示通过泵送的电荷和热流。对于后者，我们预测自旋泵冷却效应，磁化动力学可以冷却纳米磁体或超导体。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall
Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal in Uniaxial Nanomagnets with Thermal Noise
我们考虑的一般Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）动力学理论的磁化开关率的薄膜单轴磁体受到自旋扭矩效应和热涨落（热噪声）。在讨论了各种动力学制度的切换现象，我们提出了分析结果的平均切换时间的行为。我们的方法，明确解决的第一个通道时间问题的基础上，允许一个简单的分析热辅助，低自旋扭矩，切换渐近的薄膜磁体。为了验证我们的理论，我们已经开发了一个有效的基于GPU的微磁代码来模拟随机LLG动态到毫秒的时间尺度。我们探讨了自旋电流和单轴各向异性轴之间的几何倾斜对热辅助动力学的影响。我们发现，即使在轴对称的情况下，开关时间可以在功能上描述的形式几乎相同的共线的情况下。我们进一步验证，渐近行为达到相当缓慢，从而量化的交叉制度的热噪声的作用，连接确定性的热辅助磁化反转。
2012-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanomagnet coupled to quantum spin Hall edge: An adiabatic quantum motor
耦合到量子自旋霍尔边缘的磁性岛的旋进磁化沿着边缘泵送电荷。相反，施加到边缘的偏置电压使磁化进动。我们指出，该装置实现了绝热量子马达，并讨论了其操作的效率的基础上的散射矩阵方法类似于Landauer-B“uttiker理论。散射理论提供了一个微观推导的朗道-Lifshitz-吉尔伯特方程的磁化动力学的设备，包括自旋转移扭矩，吉尔伯特阻尼，和朗之万扭矩。我们发现，该设备可以被看作是一个无刷电机，达到单位效率时，边缘状态的化学势落入磁化诱导的差距。对于更一般的参数，我们的装置的特点是通过一个数字的优点类似于热电的ZT值。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall
Insulating nanomagnets driven by spin torque
磁性绝缘体，例如钇铁石榴石（Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$），由于其低能量耗散和有效的自旋电流产生和传输，是用于超低功率自旋电子学应用的理想材料。最近，人们已经认识到，自旋霍尔效应可以非常有效地驱动微米尺寸的Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt异质结构中的自旋动力学。我们在这里演示的Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt纳米线的自旋动力学的自旋力矩铁磁共振的激发和检测。通过电子束光刻限定的纳米线通过常规室温溅射沉积在Gd $_3$ Ga $_5$ O $_{12 }$衬底上并剥离来制造。我们观察到类场和反阻尼类扭矩作用于磁化进动，这是由于同时激励奥斯特场和自旋霍尔扭矩。在宽的频率和功率范围内对Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt纳米线进行了彻底的研究。我们观察到一个大的变化，在高微波功率的谐振场，这是由于减少有效磁化，由于微波吸收。这些加热效应在所研究的纳米结构中比在可比的微米尺寸的样品中显著得多。通过比较不同的纳米线宽度，磁化动力学的几何约束的重要性变得显而易见：量子化的自旋波模式的宽度的线中观察到的光谱。我们的研究结果是实现基于绝缘体的集成磁振子逻辑器件的第一块垫脚石，其中纳米磁体发挥着至关重要的作用。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
A reduced model for precessional switching of thin-film nanomagnets under the influence of spin-torque
研究了具有面内磁化的薄膜磁性元件在垂直于薄膜平面的自旋电流作用下的磁化动力学。我们推导出一个减少偏微分方程的面内磁化角在弱阻尼制度。然后，我们应用这个模型来研究实验相关的问题切换的椭圆形元件时，自旋极化有一个组件垂直于膜平面，限制减少模型的宏自旋近似。宏观自旋常微分方程被视为一个弱阻尼哈密顿系统解析，和轨道平均的方法是用来理解的离散动力系统的解决方案的行为的过渡。我们的简化模型的预测进行比较的完整的朗道-Lifshitz-吉尔伯特-Slonczewski方程的宏自旋。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low-energy computing paradigm using giant spin Hall devices
自旋霍尔效应将电荷电流转换为自旋电流，自旋电流可以施加自旋力矩来切换纳米磁体的磁化。最近，它表明，使用自旋霍尔效应的自旋电流与充电电流的比率可以通过明智地使用面积几何形状超过1，不同于传统的纳米磁体的自旋转移矩开关的情况。这可以使节能手段写入纳米磁体中的信息位。在这里，我们研究了这种自旋霍尔器件的能量耗散。通过求解随机Landau-Lifshitz-Gilbert磁化动力学方程，提出了一种在减小自旋霍尔器件横向尺寸的同时，减小开关延迟及其方差和能量耗散的方法.
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Non-Hermitian coherent coupling of nanomagnets by exchange spin waves
近年来，非厄米物理在光学和光子学中引起了广泛的关注。较少探索的是非厄米磁振子，它提供了利用磁振子或自旋波在磁性系统中不可避免的耗散的机会。在这里，我们展示了两个遥远的纳米磁体的非厄米相干耦合的快速自旋波与子50 nm波长。两个纳米磁体中的磁振子是单向锁相的，其相移由磁振子自旋力矩和自旋波传播控制。我们的研究结果是有吸引力的模拟神经形态计算，需要单向信息传输。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall
Giant resonant nonlinear damping in nanoscale ferromagnets
磁阻尼是基于磁性纳米颗粒的新兴技术的关键指标，例如自旋扭矩存储器和高分辨率生物磁成像。尽管它的重要性，在纳米级铁磁体的磁耗散的理解仍然难以捉摸，阻尼往往被视为一个现象学常数。在这里，我们报告的发现，一个巨大的频率依赖性的非线性阻尼，强烈地改变了纳米铁磁体的自旋扭矩和微波磁场的响应。这种新颖的阻尼机制起源于三磁振子散射，该散射通过磁振子在纳米磁体中的几何限制而强烈增强。我们发现，巨大的非线性阻尼可以反转自旋扭矩的影响，导致一个令人惊讶的电流引起的增强阻尼的antidamping扭矩的纳米磁体。我们的工作推进了对纳米铁磁体和自旋扭矩器件中磁动力学的理解。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall
Spin orbit torque controlled stochastic oscillators with synchronization and frequency tunability
本文提出低能垒纳米磁体随机振荡器，利用自旋轨道矩实现对微弱周期驱动的相位同步，并通过电反馈调节同步频率，且同步电流远低于确定性开关电流。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall
Anatomy of nanomagnetic switching at a 3D Topological Insulator PN junction
在狄拉克锥系统内设计的pn结用作基于克莱因隧穿的门可调谐角滤波器。对于具有显著带隙的3D拓扑绝缘体，由于自旋-动量锁定和动量过滤的双重效应，这样的过滤器可以产生电荷到自旋的转换。我们分析了如何在平面拓扑绝缘体PN结（TIPNJ）过滤自旋与纳米磁体相互作用，并认为，本征电荷到自旋转换不转化为外部增益，如果纳米磁体也作为源极接触。无论纳米磁体的位置如何，在TIPNJ上产生的自旋扭矩都受到表面电流密度的限制，而表面电流密度又受到体带隙的限制。{使用量子动力学模型，我们计算了空间变化的自旋势，并量化了电流与外加偏压的局部化}。此外，与一个软纳米磁体的磁动力学模拟，我们表明，PN结可以提供一个关键的纳米磁体的开关概率的栅极可调谐性，在概率神经形态计算的潜在应用。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall
Shape Anisotropy Enabled Field Free Switching of Perpendicular Nanomagnets
本研究针对垂直磁化SOT-MRAM翻转需额外外场的问题，通过设计铁磁体为三角形形状产生内场打破翻转对称性，在铂基钴纳米磁体上实现纳秒脉冲驱动的无外场确定性翻转，结果与微磁模拟一致。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Current induced vortex superlattices in nanomagnets
利用Slonczewski-Berger机制数值研究了自旋转移力矩对涡旋态磁性纳米盘的影响。对于同向电流、自旋极化和涡旋极性的情况，确定了临界电流的存在。临界电流区分了两种状态：（i）变形但静止的涡旋状态和（ii）基本上动态的时空周期结构。该结构是一个稳定的涡旋-反涡旋晶格。晶格的对称性取决于所施加的电流值，并且对于高电流（接近饱和），仅观察到正方形晶格。稳定格的大小的一般关系得到解析。
2011-04-13 cond-mat.mes-hall
Spin-torque driven magnetic vortex self-oscillations in perpendicular magnetic fields
我们采用完整的微磁学模拟分析直流电流驱动的自旋阀纳米柱中的涡核在垂直场的自振荡，包括自旋扭矩和自洽计算的整个自旋阀的静磁场的耦合效应。较厚的纳米磁体中的涡旋沿着准椭圆形轨迹移动，该轨迹随着施加的电流而扩展，导致频率的蓝移，而较薄的纳米磁体的磁化由于偏置电流而不均匀。模拟解释了实验的磁阻场磁滞回线，并产生良好的协议与测量的频率与电流的行为，这种自旋扭矩涡旋振荡器。
2010-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Current-induced transverse spin wave instability in a thin nanomagnet
我们表明，一个非极化的电流入射垂直于薄铁磁体的平面可以激发自旋波不稳定性横向的电流方向，如果源极和漏极接触不对称。由电流诱导的"自旋转移力矩“驱动的不稳定性仅存在于一个电流方向。
2003-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Torque-Driven Non-uniform Dynamics of an Antivortex Core in Truncated Astroid Shaped Nanomagnets
本研究采用截断星形纳米磁体，通过自旋轨道力矩激发反涡旋核心，实现了高品质因子的GHz振荡，为高频自旋电子器件应用提供了基础。
2025-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From materials to systems: a multiscale analysis of nanomagnetic switching
随着对低功率电子器件的需求不断增加，纳米磁性器件已成为补充当今晶体管技术的强大潜在候选者。各种新颖的开关效应，如自旋力矩和巨自旋霍尔提供了可扩展的方式来操纵纳米尺寸的磁体。然而，切换自旋的低固有能量成本通常受到在创建必要的切换场的开销电路中消耗的能量的影响。缩放带来了额外的问题，例如区分状态的能力（可读性）和在没有自发后翻的情况下写入信息的能力（可靠性）。一个可行的设备必须最终导航一个复杂的多维材料和设计空间定义的体积，能量预算，速度和目标读写保持错误。在本文中，我们回顾了纳米磁性器件面临的主要挑战，并提出了一个多尺度的计算框架，以探索不同层次（材料，器件或电路）的可能创新，以及对其整体能量延迟可靠性权衡的全面理解。
2018-02-01 cond-mat.mes-hall
Current-Induced Torques with Dresselhaus Symmetry Due to Resistance Anisotropy in 2D Materials
我们报告了坡莫合金（Py）与TaTe $_2$（一种具有低晶体对称性的过渡金属二硫属化物（TMD）材料）异质结构中电流感应扭矩的测量结果，并观察到具有Dresselhaus对称性的扭矩分量。我们建议，这个Dresselhaus组件的主导机制是不是一个自旋轨道扭矩，而是奥斯特场所产生的电流，由于电阻各向异性内的碲$_2$流动垂直于所施加的电压的分量。这种类型的横向电流不存在于由具有电阻各向异性的材料的单个均匀层制成的导线中，但是每当具有电阻各向异性的材料被集成到具有不同电阻率的材料的异质结构中时，就会产生这种类型的横向电流，从而产生电流流动的空间非均匀图案。因此，这种效应将影响各种各样的异质结构，包括二维TMD材料和其他材料的低晶体对称性的测量。
2019-01-25 cond-mat.mes-hall
On the Temperature-dependent Characteristics of Perpendicular Shape Anisotropy-Spin Transfer Torque-Magnetic Random Access Memories (PSA-STT-MRAMs)
垂直形状各向异性-自旋转移矩-磁性随机存取存储器（PSASTT-MRAM）利用纳米柱自由层几何形状来确保来自纳米磁体的形状各向异性的良好热稳定因子。这种概念特别适合于小到几纳米的小结。在这样的体积尺寸下，纳米柱可以被有效地建模为斯通-沃尔法斯（SW）颗粒，形状各向异性与自发磁化强度的比例为~ Ms ^[2]。对于几乎所有的铁磁体，Ms是温度的强函数，因此，温度相关的形状各向异性是PSA-STT-MRAM的温度相关性能的任何建模中要考虑的重要因素。在这项工作中，我们总结和讨论各种可能的温度依赖性的贡献的PSA-STT-MRAM的热稳定性因子和介电常数的建模和比较不同的温度标度和参数。我们揭示了非平凡的修正的热稳定性因子，同时考虑温度相关的形状和界面各向异性。结合这样的温度依赖性的介电性，阻断温度，和电气开关特性，导致也进行了讨论，在共轭与纳米磁体的尺寸和相干体积。
2021-05-17 cond-mat.mes-hall
Magnetic oscillations driven by the spin Hall effect in 3-terminal magnetic tunnel junction devices
我们发现，钽微带中的直流电流可以通过自旋霍尔效应（SHE）的自旋力矩在相邻的纳米磁体中诱导稳态磁振荡。通过接触纳米磁体的磁性隧道结（MTJ）电检测振荡。可以使用MTJ偏置来控制振荡频率以调谐磁各向异性。因此，在该3端器件中，SHE扭矩和MTJ偏置提供了对振荡幅度和频率的独立控制，从而实现了用于开发可调谐自旋扭矩纳米振荡器的新方法。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broadband optomechanical transduction of nanomagnetic spin modes
微米尺度磁盘中的稳定涡旋态是纳米磁学中最有趣和最有应用潜力的现象之一。各种各样的工具已被应用于研究的涡旋状态，集体自旋激发对应的谐波运动的涡旋，但迄今为止，这些工具测量强烈驱动的涡旋共振或已无法同时测量静态属性，如磁化。在这里，我们表明，通过结合的灵敏度腔光力学与扭矩混合共振光谱技术，我们能够测量的磁化强度，面内磁化率，和自旋共振的个别涡流在低驱动器的限制。这些测量阐明了涡旋在穿过盘的钉扎景观时的复杂行为。此外，我们观察到高达1.1 GHz的回旋共振，这表明使用工程缺陷的应用，如微波到光波长转换。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall
Strategies and tolerances of spin transfer torque switching
研究了利用注入电子的不同极化方向的自旋矩效应实现纳米磁存储器开关的方案。基于宏自旋和微磁理论的模拟进行了比较。我们证明了短脉冲和自由旋进的垂直极化电流开关需要更小的时间和能量比自旋扭矩开关共线平面自旋极化，它也被发现是优于其他种类的存储器。我们研究了开关电流和脉冲宽度的大小的公差。一个增加的吉尔伯特阻尼被发现，以提高公差的垂直开关，而不增加阈值电流，不像在平面开关。
2010-01-26 cond-mat.mes-hall
Quantum Dynamics of a Nanomagnet driven by Spin-Polarized Current
纳米磁体的磁化动力学的量子理论是每个电子自旋与磁化的宏观自旋状态的散射序列，导致每次遇到与电子的每个外出状态相关联的磁化反冲状态的概率分布。自旋转移力矩的经典结果和波动引起的量子磁化噪声和可追溯到电流噪声的附加噪声。
2011-06-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Chaos in nanomagnet via feedback current
本文用数值方法和解析方法研究了自旋转移效应和反馈电流激励下的非线性磁化动力学。对Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，在一定的反馈速率范围内，系统的李雅普诺夫指数为正，表明纳米结构铁磁体中存在混沌.在反馈参数的另一个范围内，也观察到了从混沌到稳态振荡的瞬态行为。一个分析的理论也被开发，这表明在相空间中的多个吸引子的外观，由于反馈电流。自旋转移力矩和阻尼力矩之间的瞬时不平衡引起吸引子之间的过渡，并导致复杂的动力学。
2019-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other nlin.AO
Quantum control of spin qubits using SOT-driven nanomagnets
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）；Rowan University（罗恩大学）
提出一种利用自旋轨道转矩驱动纳米磁体产生局域振荡磁场，实现高速自旋旋转而不损害量子比特相干性的方法，具有高能效、可扩展和CMOS兼容的优点。
2026-05-30 cond-mat.mes-hall
Self-Consistent Computation of Spin Torques and Magneto-Resistance in Tunnel Junctions and Magnetic Read-Heads with Metallic Pinhole Defects
建立了一个三维自洽自旋输运模型，该模型包括隧穿输运和金属输运。使用自旋累积计算的隧道势垒的两侧，获得自旋扭矩，它示出的模型再现阻尼类和类场自旋转移扭矩，与预期的正弦角依赖性，和逆铁磁层厚度依赖性。推导出漂移扩散模型的显式解，该解允许分析参考层和自由层厚度对自旋转移矩极化和类场系数的影响。特别是，当层是薄的，额外的自旋相关的散射贡献，由于横向自旋分量的不完全吸收减少阻尼和类场的自旋扭矩。它示出了这里开发的模型可以用来计算的信噪比在现实的磁读头，自旋扭矩引起的波动和不稳定性限制了最大工作电压。还分析了绝缘层中金属针孔缺陷的影响，这导致金属和隧道传输的混合物，以及高度不均匀的电荷和自旋电流，需要全自旋传输模型来计算所产生的磁阻和自旋扭矩。增加针孔覆盖的面积导致磁阻的快速退化，遵循逆相关性。此外，自旋矩角依赖性变得倾斜，并且自旋转移矩极化降低。当考虑具有单个针孔缺陷的隧道结时获得相同的结果，但是减小横截面积，表明即使单个针孔缺陷也会显著降低40 nm节点以下的隧道结和磁读取头的性能。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall
Experimental Clocking of Nanomagnets with Strain for Ultra Low Power Boolean Logic
布尔逻辑[1，2]的纳米磁性实现已经引起了人们的关注，因为它们的非易失性和前所未有的能源效率的潜力。不幸的是，当纳米磁体用磁场[3]或自旋转移矩[4]切换时发生的大的耗散损耗抑制了所承诺的能量效率。最近，已经有利用自旋霍尔效应切换磁体的实验报告[5-7]，以及单畴磁致伸缩纳米磁体的应变诱导切换的理论建议[8-12]，其可以显著降低耗散损耗。在这里，我们证明，第一次，应变诱导开关的单畴磁致伸缩纳米磁体的横向尺寸~200 nm的压电基板上制作的可以实现纳米磁性布尔非门和单向位信息传播偶极耦合纳米磁体链。这预示着超低能耗逻辑处理器和移动电子产品可能能够仅通过从环境中收集能量而无需电池来运行。
2015-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Intrinsic Spin Orbit Torque Nano-Oscillator
自旋矩和自旋霍尔效应纳米振荡器在纳米尺度上产生高强度自旋波自动振荡，从而使新的微波应用在自旋电子学、磁振子学和神经形态计算中成为可能。对于它们的操作，这些设备需要外部生成的自旋电流，或者来自附加的铁磁层，或者来自具有高自旋霍尔角的材料。在这里，我们展示了高度相干场和电流可调微波信号从nanoconstrictions在单一的15和20纳米厚的坡莫合金层。使用自旋扭矩铁磁共振测量，扫描微布里渊光散射显微镜，和微磁模拟的组合，我们确定的自振荡作为从本地化的边缘模式的nanoconstriction驱动的自旋轨道扭矩。我们的研究结果铺平了道路，大大简化了自动振荡纳米磁系统的设计，只需要一个单一的铁磁层。
2018-08-28 cond-mat.mes-hall
Coherent microwave generation by spintronic feedback oscillator
自旋角动量从自旋极化电流到纳米磁体的转移提供了控制纳米磁体中的磁化方向的有效手段。这种自旋力矩的一个独特结果是，通过施加直流偏置电流和磁场的组合，可以引起磁化的自发振荡。在这里，我们通过实验证明了一种不同的效果，它可以驱动纳米磁体自发振荡，而不需要外部自旋扭矩注入。为了证明这种效果，我们使用的磁性隧道结（MTJ）的直流电流供电，并连接到一个共面波导（CPW）躺在上面的MTJ的自由层的纳米柱。自由层磁化的任何波动经由隧穿磁阻效应被转换成振荡电压，并且由CPW通过电感耦合反馈到MTJ。作为该反馈的结果，自由层的磁化可以被驱动成连续的旋进。MTJ和CPW的组合的行为类似于激光系统，并且输出具有超过10，000的品质因数的稳定RF功率。
2016-08-12 cond-mat.mes-hall
