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
Currents, Torques, and Polarization Factors in Magnetic Tunnel Junctions
应用Barthel的隧穿理论的磁性隧道结具有一般程度的原子无序揭示了磁传导和电压驱动的赝扭矩之间的密切关系，以及隧道极化因子的厚度依赖性。结果表明：1）在恒定的外加电压下，转矩一般随sin θ变化。2)只要极化因子定义明确，每个力矩上的电压驱动扭矩与另一个磁体的极化因子唯一成比例。3)在有限的施加电压，这种关系预测显着的电压不对称的扭矩。对于电压的一个符号，即使当磁导大大减小时，转矩仍然很大。4)一个广泛定义的结模型，称为理想中间，允许在磁体和F/I界面区域内的原子无序。在这个模型中，自旋的状态加权因子的总和成比例的一般状态指数内（例如真空）的障碍内评估的依赖性概括了本地的隧道极化因子在以前的理论的状态密度。5)对于小的外加电压，隧道极化因子保持合法的理想中间的厚度的倒数的第一顺序。用新定义的横向自相关尺度给出了极化因子的一阶修正量的代数公式。
2004-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torque and Nernst Effect in Bi-Sb/Co Heterostructures
本文介绍了Bi-Sb/Co双层膜纵向和横向电压的谐波测量。由于普通的能斯特效应，观察到一个大的二次谐波电压信号。在磁场沿薄膜平面旋转的实验中，普通能斯特效应在横向电压和纵向电压中分别表现出与阻尼类自旋轨道矩和单向自旋霍尔磁阻相同的角度依赖性。因此，普通的能斯特效应在自旋轨道力矩测量中可能是一个虚假信号，导致拓扑绝缘体或半金属中自旋霍尔角的高估。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of spin transfer torque on the write error rate of a voltage-torque-based magnetoresistive random access memory
利用宏自旋模型，从理论上分析了自旋转移矩（STT）对电压-转矩型磁阻随机存储器写错误率的影响。在电压脉冲期间，STT根据初始磁化方向辅助或抑制磁化的进动运动。通过平衡STT和外部磁场转矩来导出电流密度的特征值，其为约5 $\times$ 10 $^{11}$ A/m $^{2}$。结果表明，在电流密度低于$10^{10}$ A/m $^{2}$时，写入错误率对STT不敏感。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall
Influence of the Hall-bar geometry on harmonic Hall voltage measurements of spin-orbit torques
谐波霍尔电压测量是一种广泛应用于测量重金属/铁磁体异质结构中自旋轨道感应有效场的定量技术。在霍尔条中的电压拾取线附近，电流是不均匀的，这导致有效场和导出量（例如自旋霍尔角或自旋霍尔电导率）的迄今未量化的减小。在这里，我们提出了一个彻底的分析的影响的电压拾取线的纵横比上的表观自旋霍尔角电流沟道宽度。实验进行了霍尔酒吧与宽范围的纵横比和一个显着减少的自旋霍尔角已经看到在霍尔十字与纵横比为1：1。我们的实验结果证实了有限元模拟的电流。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque generation by dc or ac voltages in magnetic layered structures
在散射矩阵方法的框架下，导出了在外部直流或交流电压存在下磁性层状结构中电流感应自旋力矩的一般表达式。一个详细的分析进行磁-磁-磁三层连接到外部引线中存在的直流电压偏置的弹道制度。另外，通过绝热交流调制的外部栅极电压（量子泵浦）产生自旋力矩的可能性提出和讨论。
2009-09-02 cond-mat.mes-hall
Manipulating the Voltage Dependence of Tunneling Spin Torques
磁隧道结中的电压驱动自旋转移力矩为设计用于存储器和可重编程逻辑应用的先进自旋器件提供了一个出色的工具。转矩的非线性电压依赖性对电流驱动的磁化动力学和器件性能具有直接影响。在简要概述了迄今为止在隧道结中的自旋力矩的理论描述中所取得的进展之后，我提出了不同的方法来改变和控制自旋力矩的两个分量的偏置依赖性。工程结（势垒和电极）结构的不对称性或控制自旋积累的自由层的分布提供了有前途的工具，设计有效的自旋器件。
2012-07-22 cond-mat.mes-hall
Maximizing Spin Torque Diode Voltage by Optimizing Magnetization Alignment
通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程，导出了自旋力矩二极管电压最大化时磁化取向的最佳条件。我们表明，优化的二极管电压可以是一个数量级大于传统的对齐的自由和钉扎层的易轴平行。这些分析预测证实了数值模拟。
2013-04-26 cond-mat.mes-hall
Spin-torque diode radio-frequency detector with voltage tuned resonance
我们报道了一种基于磁性隧道结（MTJ）的电压可调谐射频（RF）探测器。自旋扭矩二极管效应用于激励和/或检测MTJ的磁性自由层中的RF振荡。为了降低自由层的整体面内磁各向异性，我们利用铁磁层和绝缘层之间界面处的垂直磁各向异性。所施加的偏置电压示出的磁各向异性，从而对设备的谐振频率有显着的影响。这种影响还取决于电压极性。所得到的结果占的自旋转移力矩和电压控制的磁各向异性效应的相互作用。
2014-06-26 cond-mat.mes-hall
Voltage-driven v.s. Current-driven Spin Torque in Anisotropic Tunneling Junctions
本文从理论上研究了在界面自旋轨道相互作用（SOI）存在的情况下，磁性隧道结中的非平衡自旋输运。界面SOI产生形式为{ \bf T}= T_{||} { \bf M}x（{ \bf z}x{ \bf M}）+ T_{\bot} { \bf z}x{ \bf M}的自旋力矩，即使在没有外部自旋极化器的情况下。对于厚且大的隧道势垒，扭矩减小到垂直分量$T_{\bot}$，其可以通过在绝缘体两端施加电压来电调谐。在薄且低的隧道势垒的极限下，出现面内扭矩$T_{||}$，与隧道电流密度成正比。磁性器件的实验影响进行了讨论。
2011-10-16 cond-mat.mes-hall
Dependence of spin torque diode voltage on applied field direction
从理论上推导了具有垂直磁化自由层和面内磁化钉扎层的磁性隧道结中使自旋力矩二极管电压最大的磁场方向的最佳条件。我们发现，二极管的电压为一个相对较小的外加电场时，最大化的投影时，所施加的电场的膜平面是平行或反平行的钉扎层的磁化。然而，通过增加施加的场大小，最佳施加的场方向从平行或反平行方向偏移。这些分析预测证实了数值模拟。
2013-08-06 cond-mat.mes-hall
Twist in the bias-dependence of spin-torques in magnetic tunnel junctions
磁隧道结中的自旋力矩具有两个分量，这两个分量都依赖于外加电压。在这里，我们开发了一种新的方法，从大电压范围的实验中准确提取这种偏置依赖性。我们研究了几个结与不同的磁性层结构的顶部电极。我们在对称CoFeB电极结上得到的结果与理论计算吻合得很好。偏置依赖的非对称样品，与顶部电极含有镍铁，然而，扭曲的二次型相比，一般假设。我们的测量揭示了大偏压下自旋力矩机制的复杂性。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shot noise of spin current and spin transfer torque
本文对由两个铁磁电极连接的正常散射区组成的自旋阀器件中非共线自旋极化输运的自旋电流和自旋转移矩噪声谱进行了理论研究。我们的理论是使用非平衡格林函数方法和一般的非线性$S^σ-V$和$S^τ-V$关系推导出作为两个电极之间的磁化角$θ$的函数。我们将我们的理论应用到一个具有两个铁磁电极耦合的共振能级的量子点系统。研究发现，对于MNM系统，自旋电流的自相关特性足以表征自旋电流的涨落。对于三层铁磁层系统，自旋电流的自相关和互相关都需要用来表征自旋电流的噪声谱。此外，还对MNM系统的自旋转移力矩和力矩噪声进行了研究。对于具有共振能级的量子点，当系统远离共振态时，自旋矩对偏置电压的导数与$\sinθ$成正比。当系统接近共振态时，自旋转移矩成为$θ$的非正弦函数。自旋转移矩噪声谱对偏置电压$N_τ$的导数在系统远离和接近共振态时表现不同。具体地，自旋转移扭矩$N_τ$的微分散粒噪声在共振附近是$θ$的凹函数，而在远离共振处变为$θ$的凸函数。对于某些偏置电压，周期$N_τ(θ)$变为$π$而不是$2π$。对于小$θ$，发现自旋转移矩的微分散粒噪声对偏置电压和其他系统参数非常敏感。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-Driven Spin-Transfer Torque in a Magnetic Particle
我们讨论了自旋转移力矩器件，其中的软铁磁层的作用是由磁性粒子或磁性分子，在弱隧道接触两个自旋极化的铅。我们调查，如果粒子的磁化可以被电子操纵，在政权的磁化切换的临界电流是微不足道的弱，这可能是由于减少粒子尺寸。利用主方程模拟来评估自旋-轨道各向异性能量涨落对自旋转移的影响，我们获得了这种磁性粒子磁化状态的可靠读写，并发现该器件依赖于临界电压而不是临界电流。临界电压由粒子中离散能级的自旋轨道能移决定。这一发现开启了一种可能性，通过使用非常小的磁性粒子或分子，可以显著降低自旋转移扭矩切换中涉及的功耗。
2015-10-16 cond-mat.mes-hall
Nonresonant amplification of coherent spin waves through voltage-induced interface magnetoelectric effect and spin-transfer torque
我们提出了一种新的机制，通过使用动态电荷介导的磁电效应的自旋波振幅的操纵由铁磁双层分离的电介质薄膜电容器组成的多层膜。振荡自旋波可以被放大和衰减的上升和下降的斜率的振荡电压，分别局部施加到样品。产生自旋累积的方式使得自旋转移力矩与磁化动力学的相互作用具有模式选择性并且被限制到自旋波频率的某个范围，这与已知类型的自旋转移力矩效应相反。自旋相关屏蔽的界面性质允许将固定磁化层的厚度减少到几纳米，因此所提出的效应显着有助于磁振子器件的实现以及自旋电子器件的小型化。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall
Asymmetry in effective fields of spin-orbit torques in Pt/Co/Pt stacks
通过自旋-轨道耦合（SOC）机制的开关的测量进行了讨论的一对倒置的Pt/Co/Pt堆叠与不对称的Pt厚度。考虑到平面霍尔效应的贡献，自旋轨道力矩（SOT）的有效字段进行评估使用锁定测量的霍尔电压的第一和第二谐波。反转的堆栈结构导致显着的不对称性的开关行为，包括明确的证据的非线性电流依赖的横向有效场。我们的研究结果表明，潜在的复杂的相互作用，在设备与全金属界面利用SOT。
2013-10-10 cond-mat.mes-hall
A Two-Field-Scan Harmonic Hall Voltage Analysis For Fast, Accurate Quantification Of Spin-Orbit Torques In Magnetic Heterostructures
提出双场扫描谐波霍尔电压分析方法，快速准确量化磁性异质结构自旋轨道力矩效率，测量时间减少7倍7倍以上，并发现传统单场扫描3参数拟合因参数过多而产生不可靠的伪解。
2024-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct current voltage induced by microwave signal in a ferromagnetic wire
给出了单层铁磁导线中恒波射频电流的整流实验结果。我们表明，一个详细的外部磁场依赖的射频电流诱导的直流电压谱。从自旋转移矩的角度讨论了整流的机理，认为整流与自旋极化电流辅助下的共振自旋波激发密切相关。考虑自旋转移矩的微磁学模拟为射频电流产生自旋波激发提供了强有力的证据。
2007-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-driven Magnetization Switching via Dirac Magnetic Anisotropy and Spin--orbit Torque in Topological-insulator-based Magnetic Heterostructures
磁化动力学的电场控制对于未来的自旋电子器件是基本的和技术上重要的。基于电场对磁各向异性和自旋轨道矩的控制，提出了两种不同的方法来实现拓扑绝缘体（TI）/磁-TI混合系统的磁化切换.在磁TI的磁各向异性能的公式解析为费米能量的函数，它被证实，面外磁化总是有利于部分占据的表面带。还提出了一种具有非易失性磁存储器功能的晶体管类器件，其使用电压驱动写入和（量子）反常霍尔效应进行读出。对于磁化反转，利用Cr掺杂的Bi_{1-x}（Sb_{x}）_{2} Te_{3}，估计的源极-漏极电流密度和栅极电压的数量级为$10^4$- $10^5$ THABMQ ~A/cm $^2$和0.1~V，写入时不需要外加磁场。还讨论了磁邻近效应的TI/铁磁绝缘体双层膜的磁化翻转的可能性，提出的方法。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Size dependence of spin-torque switching in perpendicular magnetic tunnel junctions
我们模拟了零温下具有垂直各向异性的薄圆盘中自旋矩引起的磁化反转。直径通常小于20 nm的纳米粒子表现出相干反转。在较大的磁盘中包含畴壁。我们推导出这种转变的临界直径。通过对临界电压的适当定义，宏观自旋模型可以很好地解释相干反转时的反转动力学。无论开关路径如何，相同的临界电压似乎与微磁性开关电压相匹配。
2018-11-15 cond-mat.mes-hall
Direct determination of Spin-Orbit torque by using dc current-voltage characteristics
自旋极化电流通过在铁磁薄膜上施加转矩来有效地控制铁磁薄膜的磁化强度。如果自旋电流是通过铁磁层和非磁性层之间的自旋-轨道相互作用产生的，则这种效应被称为自旋-轨道转矩（SOT），并通过测量注入器件的充电电流产生的有效场来量化。在这项工作中，我们提出了一种新的实验技术，直接量化的SOT的基础上测量的直流电流-电压（IV）特性的非线性霍尔条器件采用一个简单的仪器。通过对IV曲线的分析，该技术直接提供了有效场与电流的线性度、热效应可能相关的电流范围的检测、当不满足SOT的对称关系时未对准伪影的出现、以及单域近似的有效性的条件，这在开关电流和二次谐波产生的现有技术实验中没有考虑。研究了具有垂直磁各向异性的Ta/Co/Pt非对称叠层中SOT引起的反阻尼和类场力矩。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall
Influence of the magnetic material on tunneling magnetoresistance and spin-transfer torque in tunnel junctions: Ab initio studies
用从头算方法研究了FeCo/MgO/FeCo隧道结的隧穿磁电阻和自旋转移矩随Co掺杂浓度和偏压的变化关系。我们发现，隧道磁电阻随Co浓度与以前的计算相矛盾，但与最近的实验一致。这种依赖性从合金的体性能解释。通过使用合金中的无序的现实描述，我们可以表明，即使是少量的无序导致隧道磁阻急剧下降。这为计算值和测量值之间的差异提供了定量解释。的自旋转移力矩示出了一个线性的电压依赖性的面内组件和二次的面外组件的所有浓度在小的偏置电压。特别地，面内扭矩的线性斜率与浓度无关。对于高偏置电压的面内扭矩显示出很强的非线性偏离的线性斜率高钴浓度。这是解释从相同的效果，其中管理隧道磁阻。
2013-06-27 cond-mat.mes-hall
Voltage-driven exchange resonance achieving 100\% mechanical efficiency
由电流感应扭矩驱动的磁共振是研究磁性材料的重要工具，但在频率和机械效率方面非常有限。我们提出了一种替代机制，电压感应转矩，以实现高效率产生高频磁化动力学。当铁磁-拓扑绝缘体-铁磁三层异质结构作为绝热量子马达工作时，两个界面上带隙拓扑电子的绝热运动产生电压感应力矩，并反向作用于两个铁磁层，从而激发两个铁磁层以$π$ -相位差进动的交换模式.交换模式共振的频率比铁磁共振高得多，伴随着拓扑电荷泵，导致在共振点处的电导纳的尖峰。由于输出电流是完全绝热的，而耗散电流消失相同，所提出的电压驱动的交换谐振需要一个非常高的机械效率接近单位，这是不可能在任何电流驱动的系统。
2022-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Anatomy of electrical signals and dc-voltage lineshape in spin torque ferromagnetic resonance
自旋矩铁磁共振（st-FMR）电探测法是目前测量重金属自旋霍尔角的一种常用方法。然而，在相同或不同的实验装置上对相同材料进行的各种合理分析产生了不同的自旋霍尔角，差异很大，表明我们目前对st-FMR的理解中缺少一些成分。在这里，我们进行了仔细的分析，在HM/铁磁体（HM/FM）双层膜的任意磁各向异性的ST-FMR的电信号。FM磁化由两个射频（rf）力驱动：由施加的rf电流产生的rf奥斯特场和由于自旋霍尔效应而从HM垂直流动到FM的自旋电流产生的所谓的rf自旋轨道扭矩。本文利用磁性材料动态磁化率矩阵的普遍形式，分析了各向异性磁电阻、反常霍尔效应和逆自旋霍尔效应产生的电信号，得到了磁电阻附近的直流电压线型。直流电压的角度依赖性给出了两个设置。提出了一种实验提取HM自旋霍尔角的方法。
2018-11-02 cond-mat.mes-hall
Influence of MgO tunnel barrier thickness on spin-transfer ferromagnetic resonance and torque in magnetic tunnel junctions
利用自旋扭矩二极管效应研究了具有不同厚度MgO隧道势垒（0.75 nm < $t_{MgO}$ < 1.05 nm）的对称磁性隧道结（MTJ）中的自旋转移铁磁共振（ST-FMR）。将RF电流施加到纳米尺寸的MTJ中在频率与由自旋转移扭矩引起的电阻振荡共振时在器件两端产生DC混合电压。通过比较ST-FMR信号与宏自旋和微磁模拟，分析了MTJ自由层和参考层的磁化进动。由不同直流偏压下的ST-FMR谱，导出了面内和垂直方向的转矩。实验和自由电子模型计算表明，绝对转矩值与隧道势垒厚度无关。讨论了MTJ自由层和参考层之间的耦合对ST-FMR信号的影响以及由此导出的力矩。
2013-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface moment dynamics and its contribution to spin-transfer torque switching process in magnetic tunnel junctions
对于涉及垂直磁化的磁性隧道结的存储器应用的实际问题是在高偏置电压下开关特性的可靠性。通常已经观察到，在高偏置下，存在额外的误差过程，其导致在偏置电压进一步增加时切换概率降低。我们确定的主要原因，这种错误上升的过程中，通过检查的开关统计作为偏置电压和外加电场的函数，并在实时的结开关动态。这些实验表明，一个巧合的发病误差上升和存在一个新的低频微波发射远低于各向异性场所规定的。我们表明，在一个少的宏观自旋耦合的数值模型，这是一致的界面区域与集中的垂直各向异性，并在那里的磁矩有限的交换耦合到其余的层。这些结果表明，高频界面磁矩动力学在确定这些隧道结器件的开关特性中起着重要作用。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-Induced Ferromagnetic Resonance in Magnetic Tunnel Junctions
我们证明了在CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）中，压控磁各向异性（VCMA）和自旋转移矩（ST）的共同作用激发了铁磁共振.我们的测量结果表明，GHz频率VCMA扭矩和ST在低电阻MTJ具有相似的幅度，因此，这两个扭矩是同样重要的理解高频电压驱动的磁化动态MTJ。作为一个例子，我们表明VCMA可以将基于MTJ的微波信号检测器的灵敏度提高到半导体肖特基二极管的灵敏度水平。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall
Anomalous tunnel magnetoresistance and spin transfer torque in magnetic tunnel junctions with embedded nanoparticles
在量子弹道模型的范围内计算了纳米颗粒嵌入磁性隧道结中的隧道磁阻效应。进行了模拟的电子隧穿通过绝缘层内的方法的双势垒子系统并联连接到单势垒一个嵌入的磁性和磁性纳米粒子。该模型适用于面内磁化和垂直磁化的MTJ。我们还计算了自旋转移矩（STT）与磁性纳米粒子的MTJ中施加的电压的平面内分量，并确定其值可以远远大于在单势垒系统（SBS）相同的隧穿厚度。报道的模拟再现实验数据的TMR抑制和峰值状TMR异常在低电压文献中提供。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Macrospin model of incubation delay due to the field-like spin transfer torque
我们表明，在磁隧道结中没有预开关振荡（“孵化延迟”）可以解释内的宏观自旋模型由一个相当大的类场分量的自旋转移力矩。它进一步建议，在外部易轴磁场的存在下，隧道结开关时间的电压依赖性的测量可以用来确定的大小和电压依赖性的类场转矩。
2008-10-19 cond-mat.mes-hall
Current-nonlinear Hall effect and spin-orbit torque magnetization switching in a magnetic topological insulator
自旋霍尔角的精确估计以及自旋轨道力矩（SOT）的成功最大化形成了具有自旋电子功能的磁性电子控制的基础。到目前为止，电流非线性霍尔效应或二次谐波霍尔电压已被用作估计自旋霍尔角的方法之一，这归因于SOT的磁化振荡。本文讨论了磁性/半导体拓扑绝缘体（TI）异质结构Cr $_x$（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_{2-x}$ Te $_3$ /（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_2$ Te $_3$中的二次谐波霍尔电压。从角度，温度和磁场的依赖性，它是明确地表明，大的二次谐波霍尔电压在TI异质结构不是由SOT，但主要是由非对称磁振子散射机制没有磁化振荡。因此，这种方法不允许自旋霍尔角的准确估计时，磁振子很大程度上有助于电子散射。相反，在TI异质结构中的SOT的贡献是由电流脉冲诱导的非易失性磁化切换，这是实现与$\sim 2.5 \times 10^{10} \mathrm{A/m}^2$的电流密度，显示其作为自旋电子材料的潜力。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage and Energy-Delay Performance of Giant Spin Hall Effect Switching for Magnetic Memory and Logic
在这封信中，我们表明，巨自旋霍尔效应（GSHE）MRAM可以实现更好的能量延迟和电压性能比传统的MTJ为基础的自旋扭矩器件在缩放纳米磁体尺寸（10-30 nm）。首先，我们推导了尺寸缩放对自旋注入效率、电压延迟和能量延迟的影响，并确定了低工作电压（<0.1 V）、高速（>10 GHz）操作的最佳电极几何形状。我们表明，有效的自旋注入效率> 100%，可以获得使用最佳的自旋霍尔电极厚度为30 nm的纳米磁体宽度。最后，我们推导了GSHE和MTJ器件的能量延迟轨迹，计算了GSHE和MTJ器件在磁体特征时间处能量最小的能量延迟积。优化的GSHE器件在与PMA结合时可以使MRAM具有缩放的纳米磁体（30 nm X 60 nm）、超低电压操作（< 0.1 V）、快速开关时间（10 ps）和低至100 aJ/位的开关能量。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reducing critical current for spin-transfer-torque-induced magnetization reversal in CPP-GMR devices: effect of low damping and enhanced spin scattering asymmetry in $Co_2FeGa_{0.5}Ge_{0.5}$ Heusler alloy
本研究利用$Co_2FeGa_{0.5}Ge_{0.5}$赫斯勒合金的低阻尼与高自旋极化特性，通过将其用作自由层及与CoFe构成双层自旋注入层，有效降低了CPP-GMR器件中STT诱导磁化反转的临界电流，提升了器件效率与稳定性。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonance Measurement of Nonlocal Spin Torque in a Three-Terminal Magnetic Device
在非局域自旋阀内产生的纯自旋电流可以对纳米磁体施加自旋转移力矩。这种非局部转矩使得磁存储器件的新设计方案成为可能，该磁存储器件不需要在可能遭受电击穿的隧道势垒上施加大电压。在这里，我们报告了一个定量测量的非本地自旋扭矩使用自旋扭矩驱动的铁磁共振。我们的测量结果与自旋输运的有效电路模型的预测吻合得很好。基于这个模型，我们提出了优化非局部扭矩强度的策略。
2012-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase estimation of spin-torque oscillator by nonlinear spin-torque diode effect
对非线性区自旋矩二极管效应进行了理论分析。本文导出了自旋力矩振荡器整流交流电产生二极管电压的解析解。二极管电压被揭示为非线性地依赖于振荡器和交流电流之间的相位差。通过对Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟，证实了解析预测的正确性.结果表明，自旋力矩二极管效应可以用来估计自旋力矩振子在强迫同步状态下的相位。
2020-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other nlin.AO
Transverse and Longitudinal Spin-Torque Ferromagnetic Resonance for Improved Measurements of Spin-Orbit Torques
自旋矩铁磁共振（ST-FMR）是测量重金属/铁磁体双层结构中自旋轨道矩（SOT）的常用方法。在测量过程中，诸如自旋泵浦（SP）和加热的其他谐振过程可以在层之间引起自旋电流或热流，经由逆自旋霍尔效应（ISHE）和能斯特效应（NE）感应附加的谐振电压信号。在标准ST-FMR几何结构中，这些额外伪影表现出与面内磁场的角度相关，面内磁场与来自SOT的整流信号相同。我们通过实验表明，整流和伪影电压可以通过测量横向于所施加电流的ST-FMR信号（即，在霍尔几何形状中）。我们发现，在Pt（6 nm）/CoFeB样品的贡献，从文物是小相比，SOT整流信号CoFeB层薄于6 nm，但可以是显着的较厚的磁性层。我们观察到的伪影电压作为CoFeB厚度的函数，我们建议可能是由于谐振加热效应和SP/ISHE贡献之间的竞争的符号变化。
2020-07-06 cond-mat.mes-hall
Steering of the Skyrmion Hall Angle By Gate Voltage
磁skyrmion可以通过施加自旋极化电子流来驱动，该自旋极化电子流对构成skyrmion的局部自旋施加自旋转移力矩。然而，纵向动力学的困扰由skyrmion霍尔效应，导致skyrmion获得横向速度分量。我们展示了如何使用自旋-轨道相互作用来控制Skyrmion霍尔角，以及自旋转移和自旋-轨道力矩的相互作用如何导致横向运动的完全抑制。由于自旋-轨道转矩可以通过栅极电压全电子地控制，因此可以在宽跑道上以高速全电子地操纵skyrmion运动，并且可以实现概念上新的写入和选通操作。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall
Engineering spin-orbit torque in Co/Pt multilayers with perpendicular magnetic anisotropy
为了解决尺寸减小的自旋电子器件的热稳定性问题，我们研究了具有强垂直磁各向异性的Co/Pt多层膜中的自旋轨道力矩。注意，自旋-轨道力矩是由来自每个Co层的顶部和底部界面的自旋电流的全局不平衡引起的。通过插入Ta或Cu层来加强自顶向下的不对称性，可以在不损害垂直磁各向异性的情况下极大地修改自旋-轨道扭矩效率。最重要的是，效率随着层数的增加而增加，从而在多层结构中同时实现稳健的热稳定性和高自旋轨道扭矩效率。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct experimental measurement of phase-amplitude coupling in spin torque oscillators
我们在时域中研究了MgO磁性隧道结的自旋力矩诱导振荡。通过使用希尔伯特变换的时间轨迹，我们获得了第一次的功率和相位波动之间的耦合的直接实验测量。我们推导出的功率恢复率，我们得到的耦合强度，这是一致的弱频率依赖于所施加的电压低的值。
2010-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time Domain Mapping of Spin Torque Oscillator Effective Energy
自旋力矩振子（STO）的随机动力学可以用Fokker-Planck方程给出的与电流相关的有效能面上的磁化漂移和扩散来描述。在这里，我们提出了一种方法，通过时间分辨测量STO产生的微波电压直接探测这个有效的能量表面。我们表明，有效能量的方法提供了一个简单的配方预测谱线宽度和线的形状附近的生成阈值。我们的时域技术也准确地测量在很宽的电压偏置值范围内的自旋力矩的类场分量。
2013-02-18 cond-mat.mes-hall
Spin-wave thermal population as temperature probe in Magnetic Tunnel Junctions
我们研究是否可以直接测量的绝对温度的磁性隧道结（MTJ）使用的高频电噪声，它提供了一个有限的电压偏置。我们的方法包括MTJ的准静态磁滞回线测量，连同其自旋波噪声谱的场依赖性。我们依赖于一个分析模型的光谱，假设独立的波动的不同子系统的隧道结被描述为宏自旋波动。我们说明了我们的方法上垂直磁化的MgO为基础的MTJ图案在50*100纳米2的纳米柱。我们应用硬轴（面内）场，让磁热波动产生有限的MTJ电导波动。而不是自由层的波动，观察到的自旋扭矩和温度的影响，我们使用的唯一参考层的磁化波动。它们更强的各向异性和更重的阻尼使它们基本上不受自旋力矩的影响。我们说明了我们的方法，通过确定电流感应加热的垂直磁化隧道结的电压类似于那些用于自旋扭矩存储器应用。绝对温度可以以+/-60 K的精度推导，并且我们可以排除在自旋扭矩切换电压下的任何实质性加热。
2016-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence for thermal spin transfer torque
在位于Cu纳米线中间的Co/Cu/Co自旋阀中获得了大的热流。二次谐波电压对外加电流的响应被用来研究热流对自旋阀开关的影响。开关场和电压响应的幅度被发现是依赖于热电流。这些影响是一个热自旋转移扭矩作用于磁化的证据，并占了热，电荷和自旋电流的热力学模型中的Onsager互易关系。
2010-04-12 cond-mat.mes-hall
Exploring Ultra Low-Power on-Chip Clocking Using Functionality Enhanced Spin-Torque Switches
新兴的自旋力矩（ST）现象可能会导致超低压，高速纳米磁开关。这种基于电流的开关对于设计低摆幅的全局互连（如时钟网络和数据总线）可能是有吸引力的。在这项工作中，我们提出了使用这种ST开关的低功耗片上时钟的基本思想。对于时钟网络，自旋霍尔效应（SHE）可以用来产生一个辅助场，用于使用摆幅小于100 mV的全局网格时钟的快速ST切换。ST开关作为一个紧凑的锁存器，由超低电压输入脉冲写入。使用高电阻隧道结读取数据。时钟驱动的SHE写辅助可以在大量ST锁存器之间共享，从而减少用于时钟分配的负载电容。SHE辅助可以由低摆幅时钟（~ 150 mV）激活，因此可以促进超低电压时钟分配。由于减少了时钟负载和低电压工作，所提出的方案可以实现97%的低功耗芯片上的时钟相比，最先进的CMOS设计。严格的器件电路模拟和系统级建模所提出的计划将在未来解决。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall
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
Independence of spin-orbit torques from the exchange bias direction in Ni$_{81}$Fe$_{19}$/IrMn bilayers
我们通过自旋矩铁磁共振测量研究了Ni $_{81}$ Fe $_{19}$ /IrMn样品中自旋霍尔角和交换偏置之间可能的相关性。这种相关性是通过图案化的Ni $_{81}$ Fe $_{19}$ /IrMn双层在不同的相对取向相对于交换偏置方向。测量的电压谱允许自旋霍尔角的定量测定，这是独立的约2.8 \pm 0.3%的取向。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of the spin-torque-driven ferromagnetic resonance in a ferromagnet/normal-metal/ferromagnet structure
我们提出了一个理论分析的电流驱动的铁磁共振在铁磁/正常金属/铁磁三层。这种驱动铁磁共振的方法最近由Tulapurkar等人[Nature 438，339（2005）]和Sankey等人[Phys.Rev.Lett.2005]实验实现。96，227601（2006）]。旋进磁化对用于驱动铁磁共振的交流电进行整流，并导致产生直流电压。我们的分析表明，产生直流电压的第二种机制，由旋进磁化发射的自旋电流的整流，对实验中使用的薄铁磁膜的直流电压具有近似相等的大小的贡献。
2006-11-20 cond-mat.mes-hall
Electrically driven spin torque and dynamical Dzyaloshinskii-Moriya interaction in magnetic bilayer systems
用电的方法有效地控制磁性是当前自旋电子学研究的一个中心问题，这为设计集成自旋电子器件提供了机会。然而，最近的研究方法大多是基于电流注入，它们不可避免地伴随着相当大的能量损失，通过焦耳加热。在这里，我们从理论上提出了一种方法来施加自旋力矩到磁性双层系统的应用电压通过利用Rashba自旋轨道相互作用。转矩类似于众所周知的电流感应转矩，提供类似的磁性可控性，但没有焦耳加热能量损失。扭矩也被证明是作为一个界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，使我们能够激活和创造非共线磁性像skyrmions通过电压的应用。我们的建议提供了一个有效的技术来操纵自旋电子器件的磁化没有焦耳加热能量损失。
2019-07-02 cond-mat.mes-hall
Voltage-Gate Assisted Spin-Orbit Torque Magnetic Random Access Memory for High-Density and Low-Power Embedded Application
电压门辅助自旋-轨道力矩（VGSOT）写入方案结合了磁各向异性（VCMA）的电压控制和自旋-轨道力矩（SOT）效应的优点，使得磁性随机存取存储器（MRAM）应用具有多种益处。在这项工作中，我们给出了一个完整的描述垂直磁隧道结（pMTJ）器件的VGSOT写入性能，我们提出了一个详细的方法，其电气特性。使用低至400 ps的电脉冲的SOT开关特性上的栅极辅助的影响进行了研究。发现从电流开关方案中提取的VCMA系数（ξ）与从磁场开关方法中提取的VCMA系数（ξ）相同，对于80 nm至150 nm器件，其数量级为15 fJ/Vm。此外，从纯电子VCMA效应的预期，显示出的写入速度和栅极长度无关。我们观察到，SOT的开关电流特性与栅极电压（V_g）的线性修改，类似的磁性能。我们将这种线性行为解释为垂直磁各向异性（PMA）和由VCMA诱导的成核能的直接修改。在Vg = 1V时，SOT写入电流降低了25%，对应于本研究中使用的80 nm器件在400 ps速度下的总能量降低了45%，降至30 fJ/bit。此外，提出了设备缩放标准，我们发现，VGSOT计划是非常感兴趣的，因为它可以减轻复杂的材料要求，实现高SOT和VCMA参数缩放MTJ。最后，VGSOT-MRAM如何能够实现接近双端子几何形状的高密度阵列，具有高速性能和低功耗操作，显示出嵌入式存储器以及先进技术节点的存储器内计算应用的巨大潜力。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall
Electron-Hole Asymmetry of Spin Injection and Transport in Single-Layer Graphene
采用非局域自旋阀方法研究了室温下单层石墨烯的自旋相关性质。栅极电压依赖性表明，非局部磁阻（MR）是成比例的SLG的导电性，这是透明的铁磁/导电接触的预测行为。虽然SLG中的电子和空穴带是对称的，但非局部MR的栅极电压和偏压依赖性揭示了电子-空穴不对称性，其中非局部MR大致与电子的偏压无关，但随空穴的偏压显著变化。
2009-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sustained RF oscillations from thermally induced spin-transfer torque
我们调查的角度依赖性的自旋力矩时，施加跨自旋阀的温度差。我们的研究表明，存在一个非平凡的固定点，在这个角度的依赖性，即温度梯度的可能性，以稳定射频振荡，而不需要一个外部磁场。这种所谓的“波浪”行为已经可以在跨自旋阀施加电压差时发现，但是我们发现这种效果在温度差的情况下更加明显。我们的半经典理论的参数化与实验测量的参数，并允许一个预测的扭矩具有良好的精度的幅度。虽然热自旋扭矩的性质是不太有效的比它的电压对应，我们发现，在某些几何形状，温度差低至几度应该足以触发磁化的切换。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall
Feedback voltage driven chaos in a three-terminal spin-torque oscillator
本文研究三端STO中反馈VCMA效应驱动的混沌，数值模拟LLG方程并结合时序与统计分析，发现混沌及非平凡的瞬态混沌诱导磁化翻转。
2024-10-01 cond-mat.mes-hall nlin.CD
Enhancement of the spin transfer torque efficiency in magnetic STM junctions
介绍了一种结合计算磁扫描隧道显微镜（STM）中弹性隧穿电子的电荷和矢量自旋输运的方法。该方法是基于三维Wentzel-Kramers-Brillouin（3D-WKB）的方法结合电子结构的计算，使用第一性原理密度泛函理论。作为应用，我们分析了STM对比度反转的Fe/W（110）表面上的电荷电流依赖于偏置电压，针尖样品之间的距离和相对磁化方向之间的铁尖。对于自旋转移力矩（STT）矢量，我们发现，它的面内分量一般大于面外分量，我们确定了一个纵向自旋电流分量，然而，这并不有助于扭矩。我们的研究结果表明，在磁性STM结的转矩电流的关系遵循幂律，而不是一个线性函数。因此，我们表明，STT和自旋极化的电荷电流之间的比例不是恒定的，更重要的是，它可以通过调整的偏置电压，针尖样品的距离和磁化旋转。我们发现，通过选择适当的偏置电压，STT效率可以提高约7倍。因此，我们证明了可能的提高STT效率的磁性STM结，这可以利用在技术应用。我们讨论了我们的结果，鉴于间接测量的STT以上的Fe/W（110）表面的Krause等人报道的物理评论Lett。107，186601（2011）中所述。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhancement of Spin-transfer torque switching via resonant tunneling
我们建议使用共振隧穿作为一种途径，以提高自旋转移力矩开关特性的磁性隧道结。所提出的器件结构是基于夹在固定磁体和自由磁体之间的MgO-半导体异质结构的共振隧穿磁性隧道结。使用非平衡格林函数形式主义耦合自一贯的Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程，我们证明了增强的隧道磁阻特性，以及较低的开关电压相比，传统的三层器件。两个基于MgO基异质结的器件设计，其中共振隧穿的物理导致增强的自旋转移力矩，从而降低临界开关电压高达44%。据设想，这里提出的概念验证可能会导致通过严格的材料和接口研究的实际设备设计。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall
Dependence of the Efficiency of Spin Hall Torque on the Transparency of Pt-Ferromagnetic Layer Interfaces
我们报告说，自旋电流传输跨铂铁磁体（FM）接口是强烈依赖于FM层的类型和厚度和后沉积处理协议。通过采用谐波电压测量和自旋扭矩铁磁共振测量，我们发现，在不同的界面条件下，Pt自旋霍尔效应施加阻尼类自旋扭矩FM的效率范围从< 0.05 to >0.10。我们还表明，温度依赖性的自旋扭矩效率的阻尼类扭矩和类场扭矩是依赖于Pt-FM接口的细节。在考虑界面自旋传输因子后，本研究中使用的Pt薄膜的“内部”自旋霍尔角估计为~ 0.20。这表明Pt-FM界面的精心设计可以提高Pt基自旋电子器件的自旋霍尔扭矩效率。
2014-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Random Bitstream Generation using Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy and Spin Orbit Torque Magnetic Tunnel Junctions
使用随机数生成器（RNG）的概率计算可以利用纳米器件的固有随机性来获得系统级的好处。磁性隧道结（MTJ）由于其热驱动磁化动力学而被研究为RNG，通常使用自旋转移矩（STT）电流幅度来控制MTJ自由层磁化的随机切换，这里称为随机写入方法。MTJ-RNG的控制方法还有压控磁各向异性（VCMA）和自旋轨道力矩（SOT）等，需要对这些方法进行系统的研究和比较。我们建立了一个分析模型的MTJ来表征使用VCMA和SOT产生随机比特流。结果表明，这两种方法产生高质量，均匀分布的比特流。使用STT电流或所施加的磁场偏置比特流示出了对于VCMA和SOT两者的近似S形分布与偏置幅度的关系，相比之下，对于相同条件的随机写入的S形较小。每个样本的能量消耗计算为0.1 pJ（SOT），1 pJ（随机写入），和20 pJ（VCMA），揭示了使用SOT的潜在能源效益，并显示使用VCMA可能需要更高的阻尼材料。然后将生成的比特流应用于两个示例任务：使用隐相关伯努利硬币方法生成任意概率分布，以及使用MTJ-RNG作为随机神经元在玻尔兹曼机中执行模拟退火，其中VCMA和SOT方法都显示出以小延迟和低能量有效地最小化系统能量的能力。这些结果显示了MTJ作为真正的RNG的灵活性，并阐明了用于优化应用的器件操作的设计参数。
2022-11-29 cond-mat.mes-hall
