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
Finite lattice size effect in the ground state phase diagram of quasi-two-dimensional magnetic dipolar dots array with perpendicular anisotropy
在有限尺寸框架下，利用Landau-Lifshift-Gilbert经典自旋动力学方法研究了具有垂直各向异性偶极相互作用的一般图案化磁结构的原型哈密顿量.讨论了对基态相图的修正，着重讨论了有限晶格尺寸效应导致面内相的基态连续简并消失的问题。晶格尺寸增加后的自旋控制的基态演化提供了一个关键的洞察系统过渡到无限的极端。
2004-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning Kerr microscopy of current induced switching in Ta/CoFeB/MgO films with perpendicular magnetic anisotropy
具有垂直磁各向异性的Ta/CoFeB/MgO三层膜有望在下一代电流和电场切换存储器和逻辑器件中发挥关键作用。在这项研究中，我们使用克尔显微镜旁边的电输运测量，以深入了解这种设备的基本开关机制。我们发现开关是一个随机的，畴壁驱动的过程，其速度是强烈依赖于开关电流。克尔成像示出了在器件边缘处的畴成核，建模揭示了可能由奥斯特场的垂直分量辅助。进一步的磁畴生长，导致磁化反转，可以通过自旋扭矩来辅助。
2015-08-11 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
Measurement of orbital asymmetry and strain in Co90Fe10/Ni multilayers and alloys: Origins of perpendicular anisotropy
我们利用宽带铁磁共振谱和X射线衍射研究了Co_（90）Fe_（10）/Ni多层膜中垂直各向异性的根本原因。通过仔细评估的光谱g因子，我们确定沿面外和面内方向的轨道矩。对于多层膜，我们发现轨道矩不对称性和垂直各向异性之间存在直接关系，这与Bruno的理论[P.Bruno，Phys. Rev. B，39，865（1989）]一致。系统的X射线衍射研究表明，在某些样品中存在高达0.7%的三角形应变。然而，我们发现应变和各向异性之间没有直接的相关性，表明各向异性不占主导地位的磁弹性效应。为了进一步研究界面结构对各向异性的影响，我们制备了一组等效合金试样。合金样品中的应变与多层样品中的应变相当;然而，合金样品中的轨道矩不对称性显示出非常不同的趋势，使我们能够隔离多层中的界面的影响。
2013-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measurement of magnetization using domain compressibility in CoFeB films with perpendicular anisotropy
我们提出了一种方法来映射的饱和磁化强度与垂直各向异性的软铁氧体薄膜，我们说明它来评估的CoFeB（1 nm）/MgO薄膜的磁化强度的成分依赖性。该方法依赖于定义线性域的平行畴壁的偶极排斥的测量。薄膜的磁化强度与畴的场压缩性有关。该方法还产生了两个壁之间的最小距离之前，他们的合并，这设置了一个实际的限制，在自旋电子器件中使用畴壁作为存储实体的存储密度。
2013-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic Wave Induced FMR Assisted Spin-Torque Switching of Perpendicular MTJs with Anisotropy Variation
我们已经研究了表面声波（SAW）诱导的铁磁共振（FMR）辅助自旋转移力矩（STT）开关的垂直MTJ（p-MTJ）的非均匀性使用微磁模拟，包括热噪声的影响。在适当的频率激励下，声表面波能在磁致伸缩材料中诱发铁磁共振，使磁化强度沿垂直于磁致伸缩材料方向的大偏转圆锥进动。随着通过横向各向异性变化以及室温热噪声的不均匀性的并入，在不同增益下的磁化旋进可以是显著不相干的。有趣的是，不同晶粒中的进动被发现是同相的，即使进动幅度（从垂直方向的偏转角）在不同各向异性的晶粒之间变化。然而，高平均偏转角可以通过显著降低STT电流来补充STT切换;即使施加的应力引起的各向异性变化远低于总各向异性势垒。这项工作表明，SAW辅助开关可以提高能量效率，同时可扩展到非常小的尺寸，这对STT-RAM具有重要的技术意义，并阐明了这种范例在具有热噪声和材料不均匀性的现实场景中的潜在鲁棒性的物理机制
2020-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modification of perpendicular magnetic anisotropy and domain wall velocity in Pt/Co/Pt by voltage-induced strain
通过经由压电换能器施加的应变，在Pt/Co（0.85-1.0 nm）/Pt薄膜中改变蠕变状态下的垂直磁各向异性K $_e$ $_f$ $_f$、磁化反转和场驱动畴壁速度。K $_e$ $_f$ $_f$，通过非常霍尔效应测量，通过面外拉伸应变ε $_z$ = 9 × 10-4降低10 kJ/m $^3$，与膜厚度无关，表明对磁致伸缩的主要体积贡献。相同的应变减少了2-4 Oe的矫顽场，并增加了30- 100%的宽场克尔显微镜测量的畴壁速度，观察到更厚的Co层的变化较大。我们考虑如何应变引起的变化的垂直磁各向异性可以修改的矫顽场和畴壁速度。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of perpendicular magnetic anisotropy in Fe/MgO magnetic tunnel junctions: First principles insight
利用第一性原理计算方法，通过计算轨道和层分辨对总各向异性值的贡献，阐明了Fe/MgO磁性隧道结中垂直磁各向异性（PMA）的微观机制.结果表明，大的PMA值的来源远远不是简单地考虑Fe-3d $ and O-2p orbitals at the interface between the metal and the insulator. On-site projected analysis show that the anisotropy energy is not localized at the interface but it rather propagates into the bulk showing an attenuating oscillatory behavior which depends on orbital character of contributing states and interfacial conditions. Furthermore, it is found in most situations that states with $ d_{yz(xz)} $ and $ d_{z^2} $ character tend always to maintain the PMA while those with $ d_{xy} $ and $ d…
2013-08-13 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
Anatomy and giant enhancement of the perpendicular magnetic anisotropy of cobalt-graphene heterostructures
我们从第一性原理和实验两个方面报道了石墨烯涂层对Co薄膜垂直磁各向异性的增强作用。我们的计算表明，石墨烯可以显着提高钴膜的表面各向异性高达其原始对应物的两倍，并可以扩展面外有效各向异性高达前所未有的厚度25纳米。这些发现支持我们的实验上生长在Ir衬底上的Co膜上的石墨烯涂层。此外，我们报告层分辨和轨道杂化分辨各向异性分析，这有助于理解PMA的物理机制，更实际地可以帮助设计结构与巨大的PMA。作为一个例子，我们提出了超交换稳定的Co-石墨烯异质结构，其具有稳健的面外恒定有效PMA和线性增加的界面各向异性作为膜厚度的函数。这些发现指出了工程石墨烯/铁磁金属异质结构的可能性，其巨大的磁各向异性比传统多层膜大20倍以上，这构成了未来石墨烯和传统自旋电子技术的标志。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of the very large Perpendicular Magnetic Anisotropy at Fe|MgO Interfaces
采用第一性原理计算研究了铁磁过渡金属与金属氧化物界面处的垂直磁各向异性。在这项工作中，非常大的PMA值高达3 erg/cm $^2$在Fe $|$ MgO界面的报道与最近的实验。PMA的起源归因于$p_z$和过渡金属$d_{z^2}$轨道与$d_{xz(yz)}$轨道的杂化之间的重叠，对于垂直磁化取向，在费米能级周围具有较强的自旋-轨道耦合诱导分裂。此外，它表明，PMA值减弱的情况下，过氧化或氧化不足时，氧$p_z$和过渡金属$d_{z^2}$轨道重叠的无序的强烈影响，与磁性隧道结中的实验观察。
2010-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Skyrmion State in a Spin Current Nano-Oscillator with Perpendicular Magnetic Anisotropy
研究了基于垂直磁各向异性Pt/[Co/Ni]磁性多层膜的自旋电流纳米振荡器的光谱特性。通过改变所施加的磁场和电流，实现了振荡的局域和传播自旋波模式。在小的领域，我们观察到一个突然发病的调制边带。我们使用微磁模拟来确定这种状态作为一个动态的磁skyrmion稳定在有源器件区域的自旋电流注入，其电流诱导的动力学是伴随着由于歪斜偏转的核心的回旋运动。我们的研究结果表明，在磁性薄膜中利用自旋电流对skyrmion进行可控操纵是一条实用的途径。
2015-03-12 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
Origin of Perpendicular Magnetic Anisotropy in Yttrium Iron Garnet Thin Films Grown on Si (100)
报道了用脉冲激光沉积技术制备的钇铁石榴石（YIG）薄膜的磁性。在Si（100）衬底上沉积厚度为15 - 50 nm的薄膜。通过铁磁共振谱研究了磁性表征。垂直磁易轴达到50 nm的厚度。我们观察到，垂直各向异性值减少，增加膜厚度。垂直磁各向异性（PMA）的起源归因于YIG薄膜中的织构和晶格畸变。我们期望在硅衬底上垂直磁化的钇铁石榴石薄膜为更便宜和兼容的制造工艺铺平了道路。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interfacial tuning of perpendicular magnetic anisotropy and spin magnetic moment in CoFe/Pd multilayers
本文报道了在真空室中用直流溅射法制备的[CoFe 0.4nm/Pdt]6（t = 1.0- 2.0nm）多层膜的强垂直磁各向异性。多层膜的饱和磁化强度$M_s$和单轴各向异性$K_u$随着间隔厚度的增加而减小，在间隔厚度t = 2 nm时，$M_s$为155 emu/cc，$K_u$为1.14 $\times 10^5$ J/m $^3$。X射线吸收光谱和X射线磁圆二色性测量结果表明，CoFe薄膜中Co和Fe的自旋和轨道磁矩随Pd厚度的增加而减小，表明表面/界面磁性对薄膜的磁性能有重要贡献.
2013-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant variation of the perpendicular magnetic anisotropy at Fe/MgO interfaces by oxygen migration: a first-principles study
采用{ \it ab initio}方法对Fe/MgO界面氧迁移路径进行了系统的能量学研究，揭示了Fe/MgO界面氧迁移对垂直磁各向异性（VCMA）电压控制的特征依赖性.我们发现，表面各向异性能表现出玻尔兹曼S形行为作为迁移的O原子浓度的函数。所获得的VCMA效率因子$β$的变化揭示了超过临界浓度的迁移O，约$54\%$，在该各向异性开关从垂直到平面内的饱和极限。此外，取决于所施加的电压的变化范围，两个政权与可逆或不可逆的离子位移预测发生，产生不同的VCMA响应。根据我们的发现，可以从$β$的数量级区分VCMA驱动机制：几十fJ/（V.m）的效应可能与电荷介导效应结合轻微的可逆氧置换相关，而几千fJ/（V.m）的效应更可能与不可逆氧离子迁移相关。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of Perpendicular Magnetic Anisotropy and Transmission of Spin-Hall-Effect-Induced Spin Currents by a Hf Spacer Layer in W/Hf/CoFeB/MgO Layer
我们报告说，强垂直磁各向异性的铁磁层在W/CoFeB/MgO多层结构中，可以通过插入一个Hf层薄至0.25 nm之间的W和CoFeB层建立。Hf间隔物还允许由W层中的面内电荷电流产生的自旋电流的传输，以在CoFeB上施加强自旋扭矩，从而实现电流驱动的磁切换。施加在1 nm CoFeB层上的自旋扭矩的抗阻尼和类场分量在此几何形状中具有可比的幅度。这两种成分都源于下面的W层中的自旋霍尔效应。
2014-01-18 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
Enhancing Perpendicular Magnetic Anisotropy in Garnet Ferrimagnet by Interfacing with Few-Layer WTe2
铁磁或亚铁磁（FM）薄膜的磁各向异性设计在自旋电子器件中是至关重要的。改变磁各向异性的一种方法是通过FM薄膜的表面。在这里，我们报告出现的垂直磁各向异性（PMA）引起的界面相互作用在异质结构组成的石榴石亚铁磁体，Y3Fe5O12（YIG），和低对称性，高自旋轨道耦合（SOC）过渡金属二硫属化物，WTe2。同时，我们还观察到在WTe2覆盖的YIG区域中吉尔伯特阻尼的增强。界面诱导PMA和吉尔伯特阻尼增强的幅度都没有观察到的WTe2厚度依赖性下降到单个四层，这表明界面相互作用起着关键作用。WTe 2增强FM薄膜中的PMA的能力，结合其先前报道的产生面外阻尼（如自旋扭矩）的能力，使得其对于磁存储器应用是期望的。
2022-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Domain Wall Dynamics in Micromagnetic Structures with Weak Perpendicular Anisotropy
本文利用时间分辨软X射线成像研究弱垂直各向异性坡莫合金微结构，揭示振荡磁场下畴壁反转点平移、自旋波成核及涡核回旋等动力学。
2025-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Fast spin precession and strong perpendicular magnetic anisotropy in ferrimagnetic Mn4N thin films improved by Pd buffer layer
本文制备并研究Pd缓冲层上的亚铁磁Mn4N薄膜，证明其可通过拉伸应力弛豫增强晶体质量与PMA，并实现室温近100 GHz自旋进动。
2025-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the perpendicular anisotropy of ferromagnetic films by thickness, width, and profile
垂直磁各向异性被发现是高度敏感的标称厚度和形态的横向异质CoPd膜附近的金属绝缘体过渡。我们利用该效应通过具有不均匀横截面厚度轮廓的光刻图案化条纹的宽度来调整各向异性。该现象和方法可适用于通过自旋电子逻辑电路元件的形状和横向尺寸来控制自旋电子逻辑电路元件的局域各向异性。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the Spin-Hall-Effect-Induced and the Wedged-Structure-Induced Spin Torque Efficiencies in Heterostructures with Perpendicular Magnetic Anisotropy
我们报告，通过测量电流感应磁滞回线位移与面内偏置磁场，自旋霍尔效应（SHE）的贡献，电流感应有效场单位电流密度，$χ_{SHE}$，可以估计为Pt和Ta基的磁性异质结构与垂直磁各向异性（PMA）。我们将这种技术应用到Pt基样品与其铁磁（FM）层被楔形沉积，并发现一个额外的有效场的贡献，$χ_{Wedged}$，由于沉积FM层的不对称性。通过磁光克尔（MOKE）显微镜证实了$χ_{Wedged}$和FM层中磁化翻转过程中的非对称脱钉过程之间的相关性。这些结果表明，工程确定性的自旋-轨道扭矩（SOT）开关的可能性，通过控制域扩展的对称性，通过材料的生长过程。
2016-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Creation of Skyrmions in Ferromagnetic Films with Perpendicular Anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
该研究通过蒙特卡罗模拟理论分析了特定铁磁薄膜中斯格明子的热产生，发现高温助力其形成且降温可冻结为规则晶格，还揭示了其拓扑性质及窄磁场下能量低于迷宫磁畴的特性。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy at the Fe/MgAl$_2$O$_4$ interface: Comparative first-principles study with Fe/MgO
对Fe/MgAl $_2$ O $_4$界面磁晶各向异性进行了理论研究。该系统在界面处具有非常小的晶格失配，因此适合于实现用于磁性隧道结的完全相干的铁磁体/氧化物界面。在密度泛函理论的基础上，计算了界面各向异性常数$K_{\rm i}$，表明该体系具有与$K_{\rm i} \approx 1.2\,{\rm mJ/m^2}$的界面垂直磁各向异性（PMA），比Fe/MgO体系的PMA稍小（$K_{\rm i} \approx$ 1.5- 1.7 $\,{\rm mJ/m^2}$）。对自旋轨道相互作用的二阶微扰分析表明，Fe/MgAl $_2$ O $_4$和Fe/MgO之间的$K_{\rm i}$差异源于界面处自旋翻转散射项贡献的差异.我们认为在Fe/MgAl $_2$ O $_4$界面上插入钨层是获得大尺寸界面PMA与$K_{\rm i} \gtrsim 3\,{\rm mJ/m^2}$的一种很有前途的方法。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain tunability of perpendicular magnetic anisotropy in van der Waals ferromagnets VI3
具有高矫顽力的层状铁磁体在电子电路中的纳米级存储元件中具有特殊的应用，例如数据存储。因此，寻找新的硬铁磁体并有效地调节或提高磁性是当今层状磁体研究的热点。在这里，我们报告的应变调谐垂直磁各向异性范德华（vdW）铁磁体VI 3使用磁性圆二色性测量。对于未应变的薄片，M-H曲线显示具有垂直磁各向异性和大的矫顽力（在10 K时高达1.775 T）的矩形磁滞回线。在10 K下，当面内应变为2.9%时，材料的矫顽力最大可达2.6 T.我们的DFT计算表明，磁各向异性能（MAE）可以显着增加后，施加在平原拉伸应变，这有助于在VI 3薄片的磁性增强。同时，具有相似晶体结构的CrI 3的结晶度的应变可调谐性是有限的。其主要原因是与Cr ~（3+）相比，V ~（3+）在Ⅵ 6八面体中具有较强的自旋-轨道耦合。VI 3薄片的应变可调谐性突出了其集成到VDW异质结构中的潜力，为未来的纳米自旋电子器件和应用铺平了道路。
2022-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy of cobalt films intercalated under graphene
利用自旋极化低能电子显微镜（SPLEEM）和俄歇电子能谱（AES）研究了石墨烯/Ir（111）界面纳米Co薄膜的磁性。我们表明，石墨烯顶层促进垂直磁各向异性的Co膜下面，即使相对较厚的插层沉积。石墨烯/Co界面的磁各向异性能明显大于自由Co表面。石墨烯和Co电子轨道的杂化被认为是所观察到的垂直磁各向异性的起源。
2014-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy in Co$_2$MnGa
我们报告垂直磁各向异性的铁磁Heusler合金Co $_2$ MnGa中的MgO/Co $_2$ MnGa/Pd三层堆叠的Co $_2$ MnGa厚度高达3.5 nm。通过反常霍尔效应，我们研究了从垂直磁各向异性到面内磁各向异性的自旋重取向转变。从反常霍尔效应的温度依赖性，我们观察到预期的缩放的$ρ_{xy}^{AHE}$与$ρ_{xx}$，这表明本征和侧跳机制在很大程度上负责在这种材料中的反常霍尔效应。
2016-11-16 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
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
Perpendicular magnetic anisotropy and spin glass-like behavior in molecular beam epitaxy grown chromium telluride thin films
利用反射式高能电子衍射（RHEED）、扫描隧道显微镜（STM）、振动样品磁强计和其他物理性能测试手段研究了纳米晶的结构、形貌、在Al $_2$ O $_3$（0001）和Si（111）上生长的（001）取向的Cr $_2$ Te $_3$薄膜的磁性和磁输运性质。（7 $\times$ 7）表面的表面。条纹状RHEED图案表明在两种基底上的平坦光滑的膜生长。STM研究表明表面原子呈六边形排列。从原子分辨STM图像确定的晶格参数与体相晶体结构一致。磁性测量表明薄膜是铁磁性的，居里温度约为180 K，在35 K以下观察到类似自旋玻璃的行为。磁输运测量表明，金属性质的薄膜与垂直磁各向异性沿$c$轴。
2015-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field modulation of exchange stiffness in MgO/CoFeB with perpendicular anisotropy
我们观察到在电场作用下具有垂直易磁化轴的MgO/CoFeB的磁畴结构。电畴结构呈现迷宫状，周期与电场有关。我们发现除了已知的磁各向异性调制外，还考虑了电场对交换刚度常数的调制，从而解释了周期的电场调制。
2016-03-28 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
Impurity induced enhancement of perpendicular magnetic anisotropy in Fe/MgO tunnel junctions
采用第一性原理计算，研究了Cr和V杂质对Fe/MgO磁性隧道结的磁各向异性和自旋极化的影响.它表明使用层分辨各向异性计算技术，而在界面附近的杂质有一个激烈的影响，在降低垂直磁各向异性（PMA），它的位置在体内允许保持高表面PMA。此外，有效磁各向异性具有强烈的趋势，从面内到面外的字符作为Cr和V浓度的函数，有利于面外的磁化方向为约1.5 nm厚的Fe层在杂质浓度高于20%。同时，自旋极化不受影响，甚至在大多数情况下增强，有利于增加隧道磁电阻（TMR）值。
2014-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Perpendicular magnetic anisotropy in bulk and thin-film CuMnAs for antiferromagnetic memory applications
提出了将具有垂直磁各向异性的CuMnAs作为反铁磁存储器的活性物质。信息可以存储在反铁磁畴状态，而写入和读出可以依赖于表面磁化的存在。根据第一性原理计算预测，用Ge、Si、Al或B取代少量的As原子，可以在CuMnAs中获得易轴各向异性.这种效应是由于空穴掺杂引起费米能级附近的某些电子能带的占据发生了变化。计算的磁各向异性的温度依赖性没有表现出任何异常。CuMnAs（001）薄膜也具有垂直磁各向异性。
2018-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Spin-wave spectra in antidot lattice with inhomogeneous perpendicular magnetocrystalline anisotropy
磁振子晶体是具有周期性变化的磁性的结构，其用于控制集体自旋波激发。利用微磁学模拟方法，研究了具有垂直磁各向异性（PMA）多层薄膜的二维反点晶格中的自旋波谱。我们发现，修改的PMA附近的反点边缘引入有趣的修改的自旋波谱，即使在完全饱和状态。特别是，光谱分裂在两种类型的激发，体模的振幅集中在一个均匀的部分antidot晶格，和边缘模式的振幅本地化的减少PMA在antidot边缘的轮辋。它们对几何或材料参数的依赖是不同的，但在共振条件满足，我们发现强杂交体和径向边缘模式之间。有趣的是，在体和边缘的基本模式之间的杂交是静磁的起源，但交换相互作用确定高阶径向边缘模式和基本体模式的反点晶格之间的耦合。
2022-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant interfacial perpendicular magnetic anisotropy in Fe/CuIn$_{1-x}$Ga$_x$Se$_2$ beyond Fe/MgO
我们通过第一性原理计算研究了各种Fe/半导体异质结构中的界面磁晶各向异性。我们发现，许多这些系统显示垂直磁各向异性（PMA）的界面各向异性常数$K_{\rm i}$的正值。特别地，Fe/CuInSe $_2$界面具有大的$K_{\rm i}$ $\sim 2.3\,{\rm mJ/m^2}$，其比已知为具有相对大的PMA的典型系统的Fe/MgO的$K_{\rm i}$大约1.6倍。我们还发现，$K_{\rm i}$的值在这项工作中所研究的几乎所有系统遵循著名的布鲁诺关系，这表明少数自旋态附近的费米能级提供的界面磁晶各向异性的主要贡献。局域态密度和波矢分辨各向异性能的详细分析表明，Fe/CuInSe $_2$中大的$K_{\rm i}$是由于界面Fe原子的少数自旋态在费米能级附近具有较好的$3d$轨道构型。此外，我们已经表明，界面Se原子的位置是这样的界面Fe原子的轨道配置的关键。
2017-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Full-Heusler Co2FeSi alloy thin films with perpendicular magnetic anisotropy induced by MgO-interface
采用对靶溅射（FTS）方法，在衬底温度TS = 300 ℃时，制备了厚度为100 nm的L21有序全Heusler Co2 FeSi（CFS）合金薄膜。薄膜的L21阶和B2阶的程度分别为0.37和0.96。此外，FTS方法成功地形成了具有由MgO界面磁各向异性诱导的垂直磁各向异性（PMA）的全Heusler CFS合金薄膜。当dCFS为0.6 nm <= dCFS <= 1.0 nm时，CFS/MgO堆叠层显示PMA。这些结构中的PMA是CFS/MgO界面垂直磁各向异性的结果。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Low damping magnetic properties and perpendicular magnetic anisotropy with strong volume contribution in the Heusler alloy Fe1.5CoGe
我们提出了一个动态磁性的TiN缓冲的Heusler合金Fe $_{1.5}$ CoGe外延薄膜的研究。制备了不同退火温度下的厚度系列样品，测量了磁阻尼，得到了最低的$α=2.18\times 10^{-3}$值。Fe $_{1.5}$ CoGe/MgO的垂直磁各向异性特性也被表征。的界面垂直各向异性常数$K^{\perp}_{\rm S}$与退火温度的演变示出，并与广泛使用的CoFeB/MgO接口。还发现了大的体积贡献的$(4.3\pm0.5)\times 10^{5}$ $\rm J/m^3$的垂直各向异性，在普通的Co和Fe基Heusler合金中的体积贡献消失。
2019-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Electrical transport properties of atomically thin WSe2 using perpendicular magnetic anisotropy metal contacts
本研究报道了单层WSe2场效应晶体管与垂直磁各向异性Co/Pt铁磁电极的电输运性质，通过I-V测量估算出较小的肖特基势垒高度，为自旋电子学和谷电子学应用提供了新见解。
2023-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning perpendicular magnetic anisotropy in the MgO/CoFeB/Ta thin films
理解铁磁金属/氧化物界面的磁各向异性是一个基础和有趣的课题。本文提出了一种通过改变MgO/CoFeB/Ta薄膜中MgO的厚度来控制垂直磁各向异性（PMA）强度的方法。我们确定，PMA在MgO/CoFeB界面的块状MgO层的晶体结构的调谐和显着降低，由于晶体MgO形成的发病与MgO厚度的增加。我们的工作开辟了一条途径来操纵磁各向异性的铁磁金属/氧化物界面的修改。
2014-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of novel two-dimensional rare-earth material with room-temperature ferromagnetism and large perpendicular magnetic anisotropy
具有高居里温度和大垂直磁各向异性的新型二维铁磁体在现代自旋电子学中有着广阔的应用前景，但同时具有高居里温度和大垂直磁各向异性的二维铁磁体却鲜有报道。基于密度泛函理论（DFT），预测了一种新的二维铁磁材料GdB 2N 2，它具有大磁矩、高居里温度（335 K）和大的垂直磁各向异性（10.38 meV/f. u.）.在-0.5%至5%的双轴应变范围内，施加不同浓度的电荷载流子掺杂，以揭示居里温度和磁各向异性能（MAE）的影响。此外，GdB_2N_2的磁耦合过程符合Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）机制。综上所述，我们的工作预示了一种新型的二维稀土材料GdB 2N 2，它不仅丰富了二维室温铁磁体的种类，而且提出了将传统二维材料与稀土材料相结合以获得更有趣的磁性的新可能性，最终为下一代自旋电子器件和传感器开辟了道路。
2022-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning Perpendicular Anisotropy Gradient in Co/Pd Multilayers by Ion Irradiation
Ar+离子辐照Co/Pd多层膜的可调谐性已被用来创建依赖于深度的垂直各向异性梯度。通过调节Ar+的动能和注量，控制了局部结构改性的深度和横向密度。通过X射线磁性圆二色性和常规磁强计研究的一阶反转曲线分析表明，局部结构损伤削弱了表面附近的垂直各向异性，导致磁化向面内方向倾斜。离子辐照方法与其他合成方法互补，并且可以与其他合成方法结合使用，以使各向异性梯度最大化。
2014-08-07 cond-mat.mtrl-sci
The origin of enhanced interfacial perpendicular magnetic anisotropy in LiF-inserted Fe/MgO interface
Fe/MgO界面具有巨隧穿磁电阻和强垂直磁各向异性，是自旋电子学的重要组成部分。最近的一项研究表明，在Fe和MgO层之间插入超薄LiF层显著增强了PMA。在这项研究中，我们进行X射线磁性圆二色性测量Fe/LiF/MgO多层膜，以揭示PMA增强的起源。我们发现，LiF插入增加的轨道磁矩各向异性，从而磁各向异性能量。我们把这种轨道磁矩各向异性增强的起源归因于更强的电子局域化和电子-电子关联或更好的界面质量和更少的缺陷。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Origin of perpendicular anisotropy in thin Co/Pt bilayers grown on alumina
本文研究了生长在Al 2 O3上的Co（1.6nm）/Pt（3.0nm）双层膜中垂直各向异性的起源。高于350 $^{\circ}$ C时，所有层都表现出垂直各向异性。矫顽场随退火温度线性增加，有两个不同的速率：低于550 $^{\circ}$ C时为0.05 T/100 $^{\circ}$ C，高于550 C时为0.8 T/100 $^{\circ}$ C。通过使用X-射线衍射和透射电子显微镜进行仔细的结构表征，我们证明了在550 $^{\circ}$ C以下存在L1 $_{1}$型的短程相关性，而在550 $^{\circ}$ C以上，观察到L1 $_{0}$化学有序。我们的结论是，观察到的垂直各向异性的Co/Pt双层氧化铝和退火生长不仅是由于界面各向异性，通常调用，但也CoPt合金化和化学有序，发生在生长后退火。
2011-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy in insulating ferrimagnetic gadolinium iron garnet thin films
通过简单地改变样品温度，我们对钆铁石榴石（GdIG）薄膜的磁各向异性进行了实验控制。通过SQUID磁强计测量获得的磁滞回线明确地揭示了易磁化轴从面外到面内的变化取决于样品温度。此外，我们证实了这些发现，通过使用温度依赖的宽带铁磁共振光谱（FMR）。为了确定有效磁化，我们利用FMR光谱的固有优势，其允许确定独立于顺磁性衬底的磁各向异性，而磁力测定法确定来自膜和衬底的组合磁矩。这使我们能够定量评估的各向异性和平滑过渡，从平面到垂直磁各向异性。此外，我们还导出了GdIG薄膜的温度依赖性$g$因子和Gilbert阻尼。
2017-06-26 cond-mat.mtrl-sci
A 4-fold-symmetry hexagonal ruthenium for magnetic heterostructures exhibiting enhanced perpendicular magnetic anisotropy and tunnel magnetoresistance
本文报道了MgO/Ru/Co_2FeAl/MgO异质结中出现的一种不寻常的具有四重对称性的六方Ru晶体取向，其中近似Ru（02-23）的生长归因于MgO、Ru和Co_2FeAl之间的晶格匹配。与Cr（001）层相比，Co2 FeAl/MgO界面的垂直各向异性显著增强。采用这种结构的MTJ产生了最大的隧道磁阻的垂直MTJ使用低阻尼Heusler合金。四重对称的六方Ru来自于具有空前高的晶体指数的外延生长，为立方和四方铁磁合金的垂直各向异性膜的发展开辟了独特的途径。
2014-08-16 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of perpendicular magnetic anisotropy in strained Fe-Co(-X) films
对于应变Fe-Co（-X），理论上已经预测了非常高的磁各向异性，并且实际上在外延薄膜上的几个实验似乎证实了应变诱导的各向异性增强。本研究提出了一个关键的分析不同的贡献垂直各向异性：体积，界面和表面各向异性。跟踪这些贡献，厚度系列的单层膜以及多层膜与Au-Cu缓冲层/不同的晶格参数的中间层已被制备。磁各向异性的分析表明，缓冲层的晶格参数的影响可以忽略不计。电子效应，起源于两个，Au-Cu界面和薄膜表面，超出了弹性效应。然而，表面各向异性超过界面各向异性的三倍以上。与密度泛函理论的结果的比较表明，实验观察到的强垂直表面各向异性源于从一个理想的无氧化物表面的偏差。因此，定制的Fe-Co-X/氧化物界面可以打开通向无稀土材料中的高各向异性的途径。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy in Co$_2$Fe$_{0.4}$Mn$_{0.6}$Si
本文报道了半金属铁磁Heusler合金Co $_2$ Fe $_{0.4}$ Mn $_{0.6}$ Si（CFMS）在MgO/CFMS/Pd三层结构中的垂直磁各向异性（PMA）。PMA被发现CFMS的厚度在1和2 nm之间，与$K_U = 1.5\times 10^6$ erg/cm $^3$的磁各向异性能量密度为t $_{\tiny \textrm{CFMS}} = 1.5$ nm。MgO和Pd层都是诱导PMA所必需的。我们测量一个可调的异常霍尔效应，其符号和幅度随CFMS和Pd厚度而变化。
2016-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Contributions of Co and Fe orbitals to Perpendicular Magnetic Anisotropy of MgO/CoFeB Bilayers with Spin-Orbit-Torque-Related (Ta, W, IrMn, and Ti) Underlayers
我们研究了CoFeB/MgO双层膜与W、Ta、IrMn和Ti接触时的垂直磁各向异性（PMA），它们被认为是与自旋-轨道-力矩相关的底层。由于形成死层，CoFeB的饱和磁化强度取决于底层材料，从而影响每个膜的PMA强度。X射线磁性圆二色性测量表明，界面混合只抑制Fe的垂直轨道矩，而同时抑制Co的垂直和面内轨道矩。
2017-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant perpendicular magnetic anisotropy enhancement in MgO-based magnetic tunnel junction by using Co/Fe composite layer
具有垂直各向异性的磁性隧道结形成自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）的基础，STT-MRAM是非易失性的、快速的、密集的，并且具有准无限写入耐久性和低功耗。基于密度泛函理论（DFT）计算，我们提出了一种磁性隧道结的替代设计，其包括具有大大增强的垂直磁各向异性（PMA）的Fe（n）Co（m）Fe（n）/MgO存储层，高达几mJ/m2，利用Fe/MgO的界面垂直各向异性以及应力-在bcc Co中发现了诱导的体PMA。当增加膜厚时，这种巨大的增强支配着退磁能。从Julliere模型估计的隧道磁电阻（TMR）是可比的纯Fe/MgO的情况。我们讨论的优点和缺陷的实际制造的结构，并提出了Fe（3 ML）Co（4 ML）Fe（3 ML）作为存储层的MgO基STT-MRAM单元。应变bcc Co中的大PMA被解释在布鲁诺模型的框架中由MgO施加的应变和随之而来的dyz和dz 2少数自旋带的能量变化。
2020-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reinvestigation on large perpendicular magnetic anisotropy in Fe/MgO interface from first-principles approach
采用第一性原理密度泛函方法研究了磁性金属Fe/MgO界面和电介质绝缘体Cr层下的电子结构和磁各向异性.结果表明，界面共振态随着Fe层数的减少而被占据，与典型的刚性能带图不同，在厚度依赖的振荡行为中发现了大的垂直各向异性。我们讨论的方案的二维范霍夫奇异性与平带色散，以及各向异性能量的准确性与现有的实验数据进行比较。
2017-08-08 cond-mat.mtrl-sci
