Effect of magnetocrystalline anisotropy on magnetocaloric properties of AlFe$_{2}$B$_{2}$ compound
本研究通过积分$M$--$H$曲线估算AlFe$_{2}$B$_{2}$的磁晶各向异性能，揭示单轴各向异性在居里温度以上仍有限，并解释其对磁热熵变曲线差异的影响。
2021-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetocrystalline anisotropy and magnetization reversal in GaMnP synthesized by ion implantation and pulsed-laser melting
本文报道了（100）取向的GaMnP单晶薄膜样品（x=0.042）的铁磁共振（FMR）观测和磁晶各向异性的测定。通过测量FMR共振场的角度依赖性和温度依赖性以及超导量子干涉装置磁力测量来确定对磁各向异性的贡献。对各向异性贡献最大的是垂直于薄膜平面的单轴分量，但立方各向异性也有负贡献，在低温下还观察到面内单轴分量，它提高了面内[01 - 1]和[01-1]方向以及面内[010]和[001]方向之间的简并度。在T= 5 K附近，易磁化轴接近面内[01-1]方向。各向异性参数均随温度的升高而减小，在居里温度T_C以上消失。铁磁GaMnP的磁各向异性的FMR和磁强计数据出现一致的图片。后者可以成功地建模时，同时考虑相干磁化旋转和磁畴成核。
2007-03-23 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
Giant Uniaxial Magnetocrystalline Anisotropy in SmCrGe$_3$
本文通过合成SmCrGe$_3$单晶并结合实验测量与DFT计算，揭示了其约160 K居里温度下由Sm单离子主导的巨单轴磁晶各向异性。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature multiferroicity and strong magnetocrystalline anisotropy in 3d-5d double perovskites
使用密度泛函计算，我们探索了尚未合成的$3d - 5d$有序双钙钛矿（$A_2BB'$ O $_6$）的性能与高度极化的Bi $^{3+}$离子的$A$网站。我们发现，Bi $_2$ NiReO $_6$和Bi $_2$ MnReO $_6$化合物是绝缘的，并表现出一个强大的净磁化强度，持续高于室温。当赝立方晶胞的面内晶格矢量被约束为正交（例如，通过相干异质外延）时，基态是具有大极化和非常大的单轴磁晶各向异性的铁电体，其中易磁化轴沿着铁电体极化方向。我们的研究结果表明，在室温下的多铁性和电控磁化取向的路线。
2011-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmions in thin films with easy-plane magnetocrystalline anisotropy
我们证明，手征skyrmionic磁化配置可以被发现的最低能量状态的B20薄膜材料与易平面磁晶各向异性与所施加的磁场垂直于膜平面。我们的观察结果与以前的分析工作相矛盾，但与最近的实验研究相一致。观察到的skyrmions的大小增加与易平面磁晶各向异性。我们使用一个完整的微磁模型，包括退磁和三维几何形状，找到当地的能量最小值（亚稳）的磁化配置，使用数值阻尼时间积分。我们探索系统的相空间，并从各种初始磁化配置开始模拟，提出一个系统的概述各向异性和磁场参数的skyrmions是亚稳态和全球能量最小（稳定）状态。
2016-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-driven magnetization switching in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
报道了低阻Co 40 Fe 40 B20/MgO/Co 40 Fe 40 B20磁性隧道结（MTJ）中电流驱动的磁化反转。在270 ℃和300 ℃退火的样品中，电流驱动开关所需的临界电流密度Jc分别低至7.8 x 10^5 A/cm ^2和8.8 x 10^5 A/cm ^2，相应的隧道磁阻（TMR）比分别为49%和73%。在350 ℃下进一步退火，样品的TMR比增加到160%，同时伴随的Jc增加到2.5 x 10^6 A/cm ^2。我们将低Jc归因于隧道电流的高自旋极化和CoFeB单个自由层的小MsV产物，其中Ms是饱和磁化强度，V是自由层的体积。
2005-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Efficient calculation of magnetocrystalline anisotropy energy using symmetry-adapted Wannier functions
本文提出融合晶体、自旋及时间反演对称性的 Wannier 紧束缚模型，以稀疏 $k$ 点网格高效计算磁晶各向异性能，并在 L1₀ FePt 与 FeNi 中验证其精度与实用性。
2024-02-26 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
Current-induced magnetization switching in MgO barrier based magnetic tunnel junctions with CoFeB/Ru/CoFeB synthetic ferrimagnetic free layer
本文报道了MgO基磁性隧道结中Co 40 Fe 40 B20（2nm）/Ru（0.7-2.4nm）/Co 40 Fe 40 B20（2nm）合成亚铁磁（SyF）自由层的电流感生磁化翻转的本征临界电流密度（Jc 0）和热稳定性因子（E/kBT，其中E、kB和T分别为势能、玻耳兹曼常量和温度）。我们表明，Jc 0和E/kBT可以通过分析的平均临界电流密度作为一个函数的结晶度使用Slonczewski的模型，考虑到热波动。我们发现，高反铁磁耦合的两个CoFeB层之间的SyF自由层的结果在降低Jc 0不降低高E/kBT。
2006-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature biaxial magnetic anisotropy in La0.67Sr0.33MnO3 thin films on SrTiO3 buffered MgO (001) substrates for spintronic applications
自旋电子学利用磁电阻效应来存储或感测磁信息。由于磁阻严格依赖于系统的磁各向异性，因此为系统设置定义的各向异性是基本的。本文利用矢量磁光克尔磁测量（v-MOKE）研究了在MgO（001）衬底上生长的半金属La_（0.67）Sr_（0.33）MnO_3（LSMO）薄膜的双轴磁各向异性。通过这种方式，我们可以避免可能对特定应用有害的不必要的单轴磁各向异性贡献。对磁化反转路径、临界场（矫顽磁力和开关）的角度演变的详细研究可以揭示磁各向异性的起源，磁各向异性本质上是磁晶的，在任何温度下都表现出四重对称性。
2018-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional L10-Mn1.5Ga films with ultrahigh coercivity, giant perpendicular magnetocrystalline anisotropy and large magnetic energy product
我们在GaAs（001）衬底上制备了无贵金属和稀土元素的均匀L10-Mn 1.5Ga外延薄膜，并对其磁性进行了研究，包括：垂直垂直磁化强度在8.1 ~ 42.8 kOe范围内可调，巨大的垂直磁晶各向异性（最大值为22.9 Merg/cc），磁化强度在27.3 ~ 270.5 emu/cc范围内可调，矩形度超过0.94，磁能积高达2.6MGOe。这些优异的室温磁特性使我们的L10-Mn1.5Ga薄膜不仅成为面密度超过30 Tb英寸2、热稳定性超过60年的垂直磁纪录位的出色和具有成本效益的替代品，而且成为各种具有高磁噪声抗扰度和热稳定性的新型器件的出色和具有成本效益的替代品，如尺寸小于5 nm的自旋扭矩MRAM和振荡器柱，以及能够测量高达42 kOe的高磁场的巨磁阻传感器。此外，这类材料还有望作为永磁体，取代目前广泛使用的昂贵的稀土磁体。
2012-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization reversal of giant perpendicular magnetic anisotropy at the magnetic-phase transition in FeRh films on MgO
磁各向异性、Rashba型相互作用、拓扑绝缘体等自旋-轨道相互作用引起的物理现象引起了人们的极大关注。特别地，对于下一代高密度存储器应用，对具有潜在的大的垂直MA（PMA）的新型反铁磁材料的研究已经变得非常密集。在这里，我们建议，过渡金属Ru和Ir，在周期表中的相邻和相同的族元素，在表面附近的Rh网站的替代可以诱导一个相当大的PMA，高达20 erg/cm 2的数量级，在MgO上的FeRh膜。这个巨大的PMA的主要驱动机制是强自旋轨道4d和5d轨道的dxy和dx 2-y2状态之间的相互作用。进一步的研究表明，在反铁磁-铁磁相变过程中，PMA的磁化方向发生了向面内磁化方向的转变，这为在反铁磁自旋电子学中实现与磁-相变相关的大尺寸可切换PMA提供了一条可行的途径.
2015-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of interface states on spin-dependent tunneling in Fe/MgO/Fe tunnel junctions
用第一性原理计算研究了外延Fe/MgO/Fe（001）隧道结的电子结构和自旋相关隧穿。对于小的MgO势垒厚度的少数自旋共振带在两个接口的反平行磁化的隧穿电导作出了显着的贡献，而这些频带，在实践中，不匹配的无序和/或小的施加偏压的平行磁化。这解释了实验观察到的减少隧穿磁电阻（TMR）薄MgO障碍。我们预测，单层的Ag外延沉积在Fe和MgO之间的界面抑制隧道通过界面带，因此可以用于提高薄的障碍的TMR。
2005-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Giant saturation magnetization effect in epitaxial Fe16N2 thin films grown on MgO (001) substrate
α双素数Fe_（16）N_2是否具有巨饱和磁化强度（Ms）是近40年来磁学研究者面临的一个难题，这主要是由于人们对著名的Slater-Pauling（SP）曲线的坚定信念以及在计算其Ms时缺乏一致性。Fe 16 N2薄膜的面内晶格常数可以被精细调节以产生用于特别大的饱和磁化的有利条件。结合使用极化中子反射仪和X射线衍射的研究表明，随着在界面处的应变的增加，这些膜的Ms可以在很宽的范围内变化，从~2.1T（非高Ms）到~3.1T（高Ms）。我们认为，Fe_（16）N_2的平衡面内晶格常数位于自旋交叉点附近，通过对晶体结构的敏感调整，可以实现Fe位从低自旋到高自旋的转变.
2012-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Lattice Distortions on Magnetocrystalline Anisotropy and Magnetization in (Nd$_{1-x}$Pr$_x$)$_2$Fe$_{14}$B Alloys
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Toyota Motor Corporation（丰田汽车公司）；The University of Osaka（大阪大学）
本研究通过实验和第一性原理计算，揭示了(Nd$_{1-x}$Pr$_x$)$_2$Fe$_{14}$B合金中晶格畸变（特别是晶界附近高达25%的压应变）对磁晶各向异性常数$K_{\rm u}$和磁化强度的显著影响，发现应变可使$K_{\rm u}$从无应变时的4.2 MJ/m$^3$变为负值，且富Pr合金的$K_{\rm u}$对应变更敏感。
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Large spin Hall magnetoresistance and its correlation to the spin-orbit torque in W/CoFeB/MgO structures
重金属/铁磁体/氧化物结构中的自旋-轨道相互作用由于可以利用面内电流控制磁化方向而得到广泛的研究。这意味着存在一个相反的效果，在这种结构中的导电性应该取决于磁化方向。在这项工作中，我们报告了一个系统的研究的W/CoFeB/MgO结构的磁阻（MR）和它的相关性的电流感应转矩的磁化。我们观察到MR与磁化强度和电流方向之间的夹角无关，而是由自旋霍尔效应积累的磁化强度相对于自旋方向的相对取向决定的，这与所谓的自旋霍尔磁电阻具有相同的对称性。在W/CoFeB/MgO样品中的~1%的MR显著大于Ta/CoFeB/MgO或Pt/Co/AlOx的其它结构中的MR，这表明W的更大的自旋霍尔角。此外，MR和电流诱导磁化转换效率的类似W厚度依赖性表明它们共享相同的基础物理，这允许人们在非磁体/铁磁体结构中利用MR，以便理解密切相关的其他自旋-轨道耦合效应，例如逆自旋霍尔效应、自旋-轨道自旋转移力矩等。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative tunneling magnetoresistance by canted magnetization in MgO/NiO tunnel barriers
通过测量隧道磁电阻和X射线磁圆二色性（XMCD），研究了在磁性隧道结中MgO势垒和铁磁电极之间插入超薄NiO层对隧道磁电阻的影响。磁电阻对偏置电压表现出很高的不对称性，在2.8K时出现负值-16%。我们将此归因于通过XMCD观察到的NiO层中的非共线自旋结构的形成。由于交换作用，界面Ni原子的磁矩相对于易磁化轴发生倾斜，且倾斜角随NiO厚度的增加而减小。非共线自旋密度泛函理论进一步支持了实验观测。
2011-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
IrCrMnZ (Z=Al, Ga, Si, Ge) Heusler alloys as electrode materials for MgO-based magnetic tunneling junctions: A first-principles study
从IrCrMnZ（Z=Al，Ga，Si，Ge）系统作为MgO基MTJ电极材料的应用角度出发，采用第一性原理计算对其进行了研究。这些材料具有部分占据$Δ_1$带的高自旋极化传导电子，这对于平行磁化配置中的相干隧穿是重要的。IrCrMnAl和IrCrMnGa的居里温度很高（1300 K以上），从平均场近似预测。研究了有序相对各种反位无序的稳定性。本文讨论了自旋轨道耦合对费米能级附近电子结构的影响。进一步研究了IrCrMnZ/MgO异质结沿（001）方向的电子结构。IrCrMnAl/MgO和IrCrMnGa/MgO即使在MgO界面处也保持半金属性，在少数自旋通道中的费米能级处或附近没有界面态。通过对平行磁化结构的弹道自旋输运性质的计算，报道了IrCrMnAl/MgO/IrCrMnAl和IrCrMnGa/MgO/IrCrMnGa的大多数自旋电导。我们建议IrCrMnAl/MgO/IrCrMnAl和IrCrMnGa/MgO/IrCrMnGa作为有前途的MTJ的隧穿磁电阻比的温度依赖性较弱，由于其非常高的居里温度。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Understanding magnetocrystalline anisotropy based on orbital and quadrupole moments
了解磁晶各向异性（MCA）对于开发新型磁性材料至关重要。因此，澄清MCA和局部物理量之间的关系，通过光谱测量，如轨道和四极矩，是必要的。在这篇综述中，我们讨论了MCA和失真效应的磁性材料与过渡金属（TM）的基础上的轨道和四极矩，这是相关的自旋守恒和自旋翻转项的二阶微扰计算，分别。我们发现，轨道矩稳定的自旋力矩在较大的轨道矩的方向，而四极矩稳定的自旋力矩沿自旋密度分布的纵向方向。磁性材料与TM及其界面的MCA可以通过这两种贡献之间的竞争来确定。结果表明，面心立方（fcc）Ni的垂直MCA是由轨道矩各向异性引起的，而Mn-Ga合金的垂直MCA是由自旋密度的四极矩引起的。相反，在Co/Pd（111）多层膜和Fe/MgO（001）多层膜中，界面处的轨道矩各向异性和自旋密度四极矩都对垂直MCA有贡献。基于轨道和四极矩的磁性材料和界面的MCA的理解是必不可少的设计新的磁性应用的MCA。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Frequency converter based on nanoscale MgO magnetic tunnel junctions
我们观察到直流电压整流和频率转换时发生的参考微波电流注入到基于MgO的磁性隧道结（MTJ）。当输入微波电流的频率与有源层的磁化的谐振频率一致时，观察到自旋转移矩相关的整流。此外，我们证明了频率转换是参考信号和MTJ的电阻之间的幅度调制的结果，MTJ的电阻在有源层的磁化的谐振频率处波动。
2009-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced magnetization switching in MgO barrier magnetic tunnel junctions with CoFeB based synthetic ferrimagnetic free layers
我们研究了在MgO基磁性隧道结（MTJ）中使用合成亚铁磁（SyF）自由层对电流诱导磁化翻转（CIMS）的影响，特别是对于自旋转移矩随机存取存储器（SPRAM）的应用。所采用的SyF自由层具有Co 40 Fe 40 B20/ Ru/Co 40 Fe 40 B20和Co20 Fe 60 B20/Ru/Co20 Fe 60 B20结构，并且MTJ（100 x（150-300）nm^2）在300 oC下退火。使用SyF自由层导致低的本征临界电流密度（Jc 0），而不会降低热稳定性因子（E/kBT，其中E、kB和T分别是势能、玻耳兹曼常量和温度）。当强反铁磁耦合的SyF自由层的两个CoFeB层具有相同的厚度时，Jc 0降低到2-4x10^6 A/cm^2。这种低Jc 0可能是由于在CoFeB/Ru处的大自旋累积下的有效体积减小。E/kBT超过60，导致保留时间超过10年，并抑制了SPRAM的写入电流分散。SyF自由层的使用还导致在零场处的平行/反平行（平行/反平行）磁化配置，使得能够实现CIMS而不需要施加外部场来补偿偏移场。
2008-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin-fluctuation mechanism of anomalous temperature dependence of magnetocrystalline anisotropy in itinerant magnets
利用无序局域矩模型中的第一性原理计算，阐明了（Fe $_{1-x}$ Co $_{x}$）$_{2}$ B合金磁晶各向异性反常温度依赖性的起源.与实验数据吻合良好。这些异常与由于Stoner带移引起的带位变化以及热自旋波动对自旋轨道“热点”的选择性抑制有关。在某些条件下，各向异性可以增加，而不是减少，由于这些特殊的电子机制，与现有模型中假设的那些形成鲜明对比的磁化强度降低。
2015-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque in MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO symmetric structure with interlayer antiferromagnetic coupling
自旋霍尔效应在重金属中产生的自旋电流会上下扩散到相邻的铁磁层，并对它们的磁化强度施加扭矩，称为自旋轨道扭矩。反铁磁耦合三层结构，即合成反铁磁体（SAF），通常被用作自旋阀和磁性隧道结自旋电子器件的钉扎层，以减小杂散场和/或增加钉扎场。本文研究了MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO垂直磁化多层膜中存在层间反铁磁耦合时的自旋轨道矩。研究发现，两个CoFeB层的磁化强度可以同时在两个反平行状态之间切换。通过求解Stoner-Wohlfarth模型和Landau-Lifshitz-Gilbert方程的理论计算，验证了这一结论。我们的研究结果结合自旋轨道力矩和层间耦合，这可能会提高磁存储器的低杂散磁场和低功耗。
2017-02-17 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
Magnetocrystalline Anisotropy and the Magnetocaloric Effect in Fe2P
研究了高纯度、巨磁热多晶和单晶Fe2P的磁性和磁热性质。Fe2P显示出中等的磁熵变，其跨度超过70 K，并且强磁化各向异性的存在证明该系统不是完全巡回的，而是显示巡回和局部磁性的混合。将纯Fe2P的性质与巨磁热（Fe，Mn）2（P，A）化合物的性质进行比较，以帮助理解后者所显示的异常特性，这些特性对于热泵和能量转换应用是如此有前途。
2013-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching in polycrystalline Mn3Sn thin film induced by self-generated spin-polarized current
自旋的电操纵对于设计最先进的自旋电子器件是必不可少的，并且通常依赖于从第二重金属材料注入的自旋电流。手征反铁磁体产生自旋电流的事实启发我们利用自生自旋矩来探索手征自旋的磁化翻转。在这里，我们证明了非共线的反铁磁态在Mn 3Sn的电开关通过观察从传统的自旋-轨道扭矩的自生成的自旋扭矩的交叉时，在Ta/MgO/Mn 3Sn多晶薄膜中的MgO厚度的增加。通过改变MgO的厚度可以控制甚至阻止Ta层的自旋电流注入，但是即使在大的MgO厚度下也能维持开关。此外，当MgO厚度超过约3 nm时，开关极性反转，这不能通过由于来自Ta层的自旋电流注入而导致的自旋-轨道扭矩情形来解释。在MgO/Mn 3Sn和Ti/Mn 3Sn双层膜中也观察到明显的电流诱导开关，其中外部注入到Mn 3Sn的自旋霍尔电流可以忽略不计。由自旋极化电流引起的晶粒间自旋转移力矩解释了实验观察结果。我们的研究结果提供了一个替代的途径，而不诉诸于传统的双层结构的非共线反铁磁态的电操纵。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain effects in [001] textured Co80Ir20 thin films with negative magnetocrystalline anisotropy
Instituto de Nanociencia y Nanotecnología Nodo Bariloche (CNEA - CONICET)（巴里洛切纳米科学技术研究所）；Instituto Balseiro (UNCuyo - CNEA)（巴尔塞罗研究所）；Departamento de Magnetismo y Materiales Magnéticos (CNEA)（磁性及磁性材料系）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学技术研究所）
研究了不同衬底和覆盖层对Co80Ir20薄膜应变和磁各向异性的影响，发现应变与磁各向异性相关，Ta衬底导致接近形状各向异性的磁各向异性，而Pt衬底引入额外的平面各向异性。
2026-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Illustrative view on the magnetocrystalline anisotropy of adatoms and monolayers
尽管几十年来人们已经知道磁晶各向异性与自旋轨道耦合（SOC）有关，但它在特定系统中产生的机制仍然是争论的主题。我们专注于寻找标记SOC的状态密度（DOS），并利用它们来了解源的吸附原子和单层的情况下的磁晶各向异性。采用相对论从头计算KKR格林函数方法，对Au（111）表面的Fe、Co和Ni吸附原子和单层膜进行了计算，研究了磁化旋转引起的轨道分辨态密度的变化.通过这种方式，我们可以看到，吸附原子的磁晶各向异性的一个显着贡献来自于推动的SOC分裂状态以上或以下的费米能级。因此，磁晶各向异性能关键地取决于吸附原子的能带相对于衬底的费米能级的位置。模型晶体场哈密顿计算支持这一观点。
2016-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy enhanced room temperature ferromagnetism in Al-doped MgO nanoparticles
我们已经研究了室温铁磁秩序，开发铝取代氧化镁，Mg（Al）O，纳米粒子与Al分数高达5原子%。所有样品，包括未掺杂的MgO纳米颗粒，都表现出室温铁磁性，饱和磁化强度在2at.%时达到最大值0.023 emu/g。X-射线光电子能谱学确定了掺杂和未掺杂MgO纳米颗粒中氧空位的存在，真空退火后Mg（Al）O的空位浓度增加，导致饱和磁化强度增加2倍。Al掺杂的MgO。我们的研究结果表明，氧空位在很大程度上负责在MgO的室温铁磁性。
2013-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetocrystalline anisotropy controlled local magnetic configurations in (Ga,Mn)As spin-transfer-torque microdevices
常规密矩铁磁体中的大饱和磁化强度提供了通过使形状各向异性场退磁来操纵有序状态的灵活手段，但是这些偶极场又限制了信息存储设备中磁性元件的可集成性。我们发现，在（Ga，Mn）As稀矩铁磁体，与相对较弱的磁偶极相互作用，局部可调磁晶各向异性可以采取的作用，决定的磁配置的内部字段。实验和理论建模光刻图案化的微通道和现象是由于晶格弛豫的通道。局部控制的磁各向异性的效用证明在电流感应开关实验。我们报道了在临界电流密度为10^5 Acm^-2时，电流感应的面内磁化强度在居里温度以下发生的结构敏感性翻转。所观察到的现象表明签名的贡献从畴壁自旋转移力矩的影响。
2007-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic ripple domain structure in FeGa/MgO thin films
用磁力显微镜研究了外延生长的Fe $_{100-x}$ Ga $_x$ /MgO（001）薄膜的磁畴结构，薄膜的尺寸为0 $<$ x $<$ 30，厚度小于60 nm。对于低镓含量，域与磁化躺在膜平面和畴壁分离微米区域观察。在x $\approx$ 20以上，磁对比度显示出300至900 nm范围内的精细磁化，表明具有磁化周期性振荡的波纹子结构。我们讨论了存在的随机磁各向异性的贡献，叠加到立方相干各向异性，是能够打破的磁化的均匀取向。该随机各向异性的起源归因于几个因素：在薄膜中的晶相共存，内部应变和Ga-Ga次近邻对的不均匀分布和界面磁各向异性由于Fe-O键。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-shot laser-pulse-induced magnetization reversal in CoFeB/MgO-based magnetic tunnel junctions
Université de Lorraine, CNRS, IJL（洛林大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）；Tohoku University（东北大学）；Inamori Research Institute for Science（稻盛科学研究所）
研究基于CoFeB/MgO的磁性隧道结中的单脉冲激光诱导磁化反转，通过调整Ru覆盖层厚度改变激光能量吸收分布，借助隧道磁电阻效应检测反转，发现超快自旋输运等可能助于开关过程，朝着超快光学控制与MTJ技术集成迈进。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunnel magnetoresistance of Fe3O4/MgO/Fe nanostructures
本文研究了具有（001）层取向的Fe_3 O_4/MgO/Fe磁性隧道结。分析了在不同磁场作用下，层间磁化矢量夹角对结磁能的影响。隧道磁阻计算作为外部磁场的函数。与具有单向各向异性的结相比，结切换需要显著较低的磁场。
2010-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunable dimensional crossover and magnetocrystalline anisotropy in Fe$_2$P-based alloys
电子结构计算被用来检查Fe $_2$ P-基合金的磁性能和居里温度和磁晶各向异性的机制，可以优化特定的应用。结果发现，在高温下，在纯Fe $_2$ P的磁相互作用开发了一个明显的二维字符，由于在一个子晶格的磁化抑制，但层间耦合是非常敏感的带填充和结构畸变。这一特征表明，通过与多种元素（如Co、Ni、Si和B）合金化，可以自然地解释所观察到的居里温度的急剧提高。磁晶各向异性也可通过电子掺杂来调节，在纯Fe $_2$ P的电子计数附近达到最大值。这些发现使得合金含量能够优化，表明Fe $_2$ P与Co（或Ni）和Si的共合金化作为在室温和室温以上使磁晶各向异性最大化的策略。
2017-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Lattice dynamics effects on the magnetocrystalline anisotropy energy: application to MnBi
采用基于超软赝势和密度泛函微扰理论的第一性原理完全相对论方案，研究了铁磁二元化合物MnBi的磁晶各向异性自由能.我们发现，由于不同的磁化方向（面内和垂直于平面）的声子色散的差异给出了高温和低温相的振动自由能之间的差异。这种对磁晶各向异性能（MAE）常数$K_u$的振动贡献是不可忽略的。当通过PBESol交换和相关泛函计算对MAE的能量贡献时，声子贡献的添加允许得到与实验合理一致的$T = 0$ K $K_u$和自旋重取向转变温度。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Voltage-assisted Magnetization Switching in Ultrathin Fe80Co20 Alloy Layers
随着对电压驱动自旋电子学超低功耗应用需求的不断增长，人们对铁磁金属中电压诱导磁化翻转的研究产生了新的兴趣。在本研究中，我们观察到Au（001）/Al 2 O3 Fe 80 Co 20（001）/ MgO（001）/ Polyimide / ITO结中垂直磁各向异性的变化，并成功地实现了易磁化轴在面内和垂直方向之间的清晰切换。此外，采用垂直磁化的薄膜，在磁场的帮助下，电压感应磁化翻转在垂直方向上被证明。这些开创性的结果可能会打开一个新的窗口电场控制的自旋电子器件。
2009-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermal Stability and Electrical Control of Magnetization of Heusler/Oxide Interface and Non-collinear Spin Transport of Its Junction
对于下一代自旋电子器件，如计算机存储器和逻辑芯片，需要同时满足高热稳定性、低功耗和高自旋极化。本文从第一性原理出发，研究了Co2 FeAl（CFA）/MgO的热稳定性（结构和磁化强度）以及电场对磁各向异性的控制。CFA/MgO界面的结构热稳定性的相图示出。Fe-O轨道杂化产生的界面磁各向异性提供了高的磁热稳定性和低的杂散场。我们发现电场通过巨大的磁电效应（各向异性能量系数β ~10-7 erg/V cm）对这种双晶各向异性产生巨大的改变。我们的自旋电子结构和非共线输运计算表明，高自旋极化的界面态和良好的磁电阻特性的CFA/MgO/CFA垂直磁性隧道结。
2013-04-10 cond-mat.mtrl-sci
DFT+U Investigation of magnetocrystalline anisotropy of Mn-doped transition-metal dichalcogenides monolayers
掺杂的过渡金属二硫属化物单层膜表现出令人兴奋的磁性，有利于二维自旋电子器件。采用密度泛函理论（DFT）结合Hubbard型修正（DFT $+U$）来解释电子相关，研究了Mn掺杂MS $_2$（M=Mo，W）单分子膜的磁晶各向异性能（MAE）.在Mn掺杂WS $_2$（MoS $_2$）单层的情况下，单个隔离的Mn掺杂剂表现出35 meV（8 meV）的大的垂直磁各向异性。该值源于Mn面内轨道由于自旋-轨道耦合引起的简并提升。在成对掺杂中，与单一Mn掺杂相比，磁化易轴改变为具有弱MAE的面内方向。我们的研究结果表明，稀释的Mn掺杂MS $_2$单层，其中Mn掺杂剂被很好地分离，可能是一个潜在的候选人实现最终的纳米磁体单元。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Zero-field dynamics stabilized by in-plane shape anisotropy in MgO-based spin-torque oscillators
在这里，我们证明了在MgO基的自旋扭矩纳米振荡器组成的面外磁化自由层和面内偏振器的形状各向异性是必要的，以稳定面外磁化旋进，而不需要外部磁场。随着面内各向异性的增加，引入了磁化强度朝向面内易磁化方向的逐渐倾斜，从而有利于零场动力学而不是静态面内状态。在临界值以上，不再观察到零场动力学。最佳比例的面内形状的面外单轴各向异性，大角度的面外零场动力学发生在最宽的电流范围内，报告。
2018-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Auto-oscillation threshold and line narrowing in MgO-based spin-torque oscillators
本文对低偏压下MgO隧道结中电流驱动磁化振荡的功率谱进行了实验研究。我们发现窄谱线的存在，在10.7 GHz的频率下，在8 MHz的宽度，为小的应用领域的自振荡阈值的明确证据。微磁学模拟表明，激发模式对应于合成反铁磁体的边缘模式。
2009-09-16 cond-mat.mtrl-sci
MgO thickness-induced spin reorientation transition in Co0.9Fe0.1/MgO/Co0.9Fe0.1 structure
在室温下研究了Mo/Au/Co_（0.9）Fe_（0.1）/Au/MgO（0.7 - 3 nm）/Au/Co_（0.9）Fe_（0.1）/Au异质结的磁各向异性（MA）随MgO层厚度（tMgO）的变化.我们的研究表明，虽然MA的顶层不改变其字符tMgO的变化后，单轴出平面MA的底部经历了自旋重取向过渡tMgO约0.8 nm，切换到该制度的共存和出平面磁化排列观察。磁各向异性常数的大小已确定从铁磁共振和直流磁力测量。MA演变的起源已被归因于通过薄MgO膜的Co0.9Fe0.1层之间的层间交换耦合（IEC）的存在。
2017-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Angular and temperature dependence of current induced spin-orbit effective fields in Ta/CoFeB/MgO nanowires
在金属/铁磁体/氧化物三层膜中电流感生自旋轨道有效磁场提供了一种新的方法来操纵磁化强度，这是一种替代传统的电流感生自旋转移力矩所产生的非共线磁化。Ta/CoFeB/MgO结构由于其垂直各向异性和大电流诱导的自旋轨道有效场而被期望用于非易失性存储器和逻辑器件。然而，许多方面，如角度和温度依赖的有效场的现象是很少了解。在这里，我们评估的角度和温度依赖性的电流诱导的自旋轨道有效场考虑从反常和平面霍尔效应的贡献。在300 K时，有效场的纵向和横向分量与磁化方向有很强的角度依赖关系。横向场随温度的降低而显著降低，而纵向场则表现出较弱的温度依赖性。我们的研究结果揭示了重要的功能，并提供了一个更全面的了解电流诱导的自旋轨道有效场的机会。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Low Temperature Functioning CoFeB/MgO Based Perpendicular Magnetic Tunnel Junction for Cryogenic Nonvolatile Random Access Memory
研究了CoFeB/MgO基垂直磁性隧道结（pMTJ）的准静态开关电压、高速脉冲写入误码率和低至9 K的耐温性能。pMTJ器件表现出高的磁阻（>120%）和可靠的（错误率<10-4）双向开关，具有2至200 ns的电压脉冲。在相同的写入条件下，器件在9 K下的耐久性超过300 K的耐久性三个数量级，在10 ns写入脉冲下工作超过10^12个周期。与350 K时的临界开关电压相比，9 K时的临界开关电压随脉冲宽度的增加而增加33%~ 93%。对毯式pMTJ膜堆叠的铁磁共振和磁化测量表明，增加的切换电压与随着温度降低的自由层的有效磁各向异性和磁化的增加相关联。我们的工作表明，基于CoFeB/MgO的pMTJ具有实现低温MRAM的巨大潜力，并且其低温磁化强度和有效磁各向异性可以进一步优化以降低操作功率并提高耐久性。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
On the anisotropies of magnetization and electronic transport of magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2
Co_3Sn_2S_2是一种具有kagome晶格的准二维体系，是近年来发现的磁性Weyl半金属。本文研究了Co_3Sn_2S_2的磁化各向异性和输运性质。高场测量揭示了巨磁晶各向异性，在2 K时，面外饱和场为0.9 kOe，面内饱和场为230 kOe，磁晶各向异性系数Ku高达8.3 * 10^5 J m-3，这表明，在kagome晶格上，0.29 μB/Co的小磁矩从c轴到ab平面的取向是极其困难的。霍尔电导率的面外角依赖性进一步揭示了Berry曲率和铁磁性的强各向异性，并且两者的矢量方向总是相互平行。对于面内情况，I平行a和I垂直a情况下的纵向和横向测量表明，kagome晶格上的输运是各向同性的。这些结果为磁性Weyl半金属Co 3Sn 2S 2的磁化和输运行为提供了必要的理解。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci
CoFeB Thickness Dependence of Thermal Stability Factor in CoFeB/MgO Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions
研究了垂直各向异性CoFeB/MgO磁性隧道结（p-MTJ）中记录层的热稳定性因子（delta），并研究了不同CoFeB记录层厚度和结尺寸对记录层热稳定性的影响。在具有不同厚度的所有系列的p-MTJ中，Δ几乎与直径为48-81 nm的结尺寸无关。δ的值随着记录层厚度的增加而线性增加。线性拟合的斜率很好地解释了基于成核型磁化反转的模型。
2012-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced spin-orbit torque via interface engineering in Pt/CoFeB/MgO heterostructures
自旋-轨道力矩通过垂直磁化的重金属/铁磁体异质结构中的面内电流促进有效的磁化切换。自旋-轨道-转矩诱导的切换的效率由体或界面自旋-轨道相互作用或两者引起的电荷到自旋的转换决定。在这里，我们表明，自旋轨道扭矩和由此产生的开关效率在Pt/CoFeB系统中显着增强的界面改性，涉及Ti插入之间的Pt和CoFeB层。自旋泵和X射线磁性圆二色性实验表明，这种增强是由于额外的界面产生的自旋电流的的Pt/SiO2界面和/或改善自旋透明度通过抑制在Pt层中的邻近诱导的时刻实现。我们的研究结果表明，界面工程提供了一种有效的方法来提高自旋轨道扭矩，从而磁化转换效率。
2018-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization reversal by uniform rotation (Stoner-Wohlfarth model) in f.c.c. cobalt nanoparticles
高灵敏度超导量子干涉仪（SQUID）与高质量纳米粒子的结合允许检查由Neel，Stoner和Wohlfarth在50多年前提出的描述均匀旋转的磁化反转的最简单的经典模型。采用电子束光刻法制备了微米级的SQUID，并采用电弧放电法合成了纳米粒子。几乎所有的f.c.c. Co纳米颗粒显示出占主导地位的单轴磁各向异性。这一结果表明，孪晶界和堆垛层错强烈改变立方磁晶各向异性，导致占主导地位的单轴各向异性。然而，很少有粒子是足够的“完美”，以显示一个更复杂的开关场表面和开关场的场路径依赖性，这是立方磁晶各向异性的重要标志。
2001-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isotropic non-local Gilbert damping driven by spin currents in epitaxial Pd/Fe/MgO(001) films
虽然理论和实验结果都证明了铁磁/半导体界面处的阻尼因子是各向异性的，但在重金属/铁磁金属（HM/FM）双层膜中，自旋电流驱动的非局域Gilbert阻尼因子是否是各向异性的还没有得到很好的理解.在这里，我们研究了不同的Pd和Cu覆盖层的外延Fe/MgO（001）薄膜的磁弛豫的面内角度和频率依赖性。在分析了寄生效应，如双磁振子散射（TMS）、镶嵌效应和场拖曳效应后，我们明确地观察到局域和非局域Gilbert阻尼在Fe（001）面上都是各向同性的，这表明在外延Pd/Fe异质结构中纯自旋电流的吸收与Fe的磁化方向无关.第一性原理计算表明，Pd/Fe界面的有效自旋混合电导在不同磁化方向上几乎不变，这与实验结果一致.这些结果提供了一个有价值的洞察纯自旋电流的传输和吸收，并促进我们利用下一代自旋电子器件。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial giant tunnel magnetoresistance and bulk-induced large perpendicular magnetic anisotropy in (111)-oriented junctions with fcc ferromagnetic alloys: A first-principles study
研究了一系列由$L1_1$有序面心立方铁磁合金和MgO势垒沿[111]方向构成的磁性隧道结的隧道磁电阻效应和磁晶各向异性。基于第一性原理计算，考虑不同$L1_1$合金的（111）取向MTJ，计算了它们的TMR比和磁晶各向异性。分析表明，具有Co基合金（CoNi、CoPt和CoPd）的MTJ具有超过2000 $\%$的高TMR比。这些MTJ具有能量上有利的Co-O界面，其中在费米能级周围形成Co $d$和O $p$状态之间的界面反键。我们发现，反键态的共振隧穿，称为界面共振隧穿，是获得高TMR比的起源。磁晶各向异性的计算表明，许多$L1_1$合金具有大的垂直磁各向异性（PMA）。特别地，CoPt具有最大的各向异性能值$K_{\rm u} \approx 10\,{\rm MJ/m^3}$。我们进一步进行微扰分析的PMA的自旋轨道相互作用，并揭示了大PMA在CoPt和CoNi主要来源于自旋守恒的费米能级附近的微扰过程。
2021-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetocrystalline Anisotropy and Magnetocaloric Effect Studies on the Room-temperature 2D Ferromagnetic Cr$_4$Te$_5$
通过对层状铁磁Cr-$_4$-Te-$_5$单晶的磁化等温线进行临界行为分析，对层状铁磁Cr-$_4$-Te-$_5$单晶的磁各向异性和磁热效应进行了深入的研究.通过修正的Arrott图确定了居里温度为$T_C \approx 340.73(4)$ K的临界指数$β$ =0.485（3）、$γ$ =1.202（5）和$δ$ =3.52（3）。我们观察到一个大的磁晶各向异性KPDMATHABMS =330 kJ/ $m^3$在3 K，随着温度的升高而逐渐降低。当磁场平行于$\it{ab}$面时，在$T_C$附近，最大熵变$ΔS_{M}^{max}$和相对冷却功率RCP分别为2.77 $J/kg-K$和88.29 $J/kg$.重新标度的$ΔS_M (T, H)$数据测量在不同的温度和领域崩溃成一个单一的通用曲线，确认在这个系统中的二级磁转变。通过重整化群理论分析，我们发现自旋耦合是3D海森堡型的$\{d:n\}=\{3:3\}$，长程交换作用衰减为$J (r) = r^{-(d+σ)}= r^{-4.71}$ .
2022-09-18 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
Enhanced interface perpendicular magnetic anisotropy in Ta|CoFeB|MgO using nitrogen doped Ta underlayers
我们发现，Ta |CoFeB| MgO磁性异质结构的磁特性的强烈影响，通过掺杂的Ta底层与氮。特别地，饱和磁化强度在掺杂Ta底层时下降，表明掺杂的底层充当硼扩散阻挡层。此外，磁死层的厚度随着氮掺杂的增加而减小。令人惊讶的是，当向Ta底层引入最佳量的氮时，界面磁各向异性增加至~1.8 erg/cm 2。这些结果表明，氮掺杂的Ta作为一个很好的底层自旋电子学应用，包括磁隧道结和畴壁器件。
2013-05-29 cond-mat.mtrl-sci
X-ray magnetic circular dichroism study of epitaxial magnetite ultrathin film on MgO (100)
用X射线磁圆二色性（XMCD）研究了等离子体辅助氧化法在MgO（100）衬底上制备的Fe_3 O_4外延薄膜的自旋和轨道磁矩。该薄膜保留了相当大的总磁矩，即（2.7 ± 0.15）uB/f. u.，这是块状Fe 3 O 4的约70%。一个显著的非猝灭轨道矩高达（0.54 ± 0.05）uB/f. u。这可能是由于在Fe_3 O_4/MgO界面处的对称性破缺引起的。这种相当大的轨道矩将在通过电场的磁化反转中增加基于Fe 3 O 4的自旋电子器件的容量。
2015-09-11 cond-mat.mtrl-sci
