Picosecond all-optical switching of magnetic tunnel junctions
在不使用磁场的情况下控制磁性使得能够在超CMOS时代大规模集成用于存储器、计算和通信的自旋电子器件。已经实现了包括自旋扭矩转移、自旋霍尔效应和电场或应变辅助切换的机制来切换各种自旋电子器件中的磁化。然而，它们的操作速度基本上受到自旋进动时间的限制，超过10-100皮秒。克服这种速度限制对于自旋电子学的未来发展至关重要。在这里，我们报告的演示皮秒全光开关的磁隧道结（MTJ）-自旋电子逻辑和存储器的构建块-只使用单一的电信波段，红外激光脉冲。该第一个光学可切换MTJ使用亚铁磁GdFeCo作为自由层，并且其切换通过测量其具有0.6%的DR/R比的隧穿磁阻来直接读出。已经证明了在MHz处的仪器限制的开关重复率，但是基本限制应该高于几十GHz。这一结果代表了集成光自旋电子器件的重要一步，该器件结合了自旋电子学和光子学技术，使电子自旋和光子的基本信息载体之间能够实现超快转换。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Spin-Flip Current Switching in Layered Diluted Magnetic Semiconductors for Ultralow-Power Spintronics
本文在V掺杂WSe2层状稀磁半导体中实现室温电驱动自旋翻转开关，临界电流密度低至10^-1 A cm^-2且功耗达皮瓦级，为超低功耗自旋电子器件提供新平台。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage Controlled Spin-Orbit Torque Switching in W/CoFeB/MgO
磁和自旋电子学的电压控制一直是非常需要的，但很少实现。在这项工作中，我们显示电压控制的自旋轨道扭矩（SOT）开关在W/CoFeB/MgO薄膜与垂直磁各向异性（PMA）的电压管理通过SrTiO 3与高介电常数。我们发现，直流电压可以显着降低PMA的45%，减少开关电流的23%，并增加阻尼扭矩所揭示的第一和第二谐波测量。这些特性是电压控制和电压选择SOT开关自旋电子器件的先决条件。
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
NiSi: New venue for antiferromagnetic spintronics
本研究发现单晶NiSi具有$T_{N} \u2265 700$ K的高温反铁磁性，且其磁滞和电滞响应的切换行为可维持至高温，为反铁磁自旋电子学提供了新的研究平台。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Highly Efficient Room-Temperature Nonvolatile Magnetic Switching by Current in Fe3GaTe2 Thin Flakes
本研究在 Fe3GaTe2 单一材料器件中利用电流实现室温非易失性磁开关，其电流密度和功耗较传统自旋轨道矩器件分别降低约300倍和60000倍。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Voltage-driven charge-mediated fast 180 degree magnetization switching in nanoheterostructure at room temperature
电压驱动的180 $^\circ$磁化切换没有电流提供了革命性的自旋电子学的可能性。通过结合第一性原理计算和温度相关磁化动力学模拟，我们证明了室温下电压驱动电荷介导的180 $^\circ$磁化翻转。发现电场（$E$）诱导的界面电荷允许纳米磁体的磁各向异性（$K$）的巨大调制。特别是$K$被揭示为相对于$E$和外延应变线性变化。使用如此获得的$K$的磁化动力学模拟表明，平面内和垂直180 $^\circ$开关可以通过$E$脉冲来实现。温度效应使180 $^\circ$切换成为概率事件。统计分析表明，通过控制$E$的幅度和脉冲宽度，可以在室温下实现快速（约4 ns）和低错误概率的180 $^\circ$切换。该研究为合理设计受热涨落影响较大的小型化纳米自旋电子器件提供了理论依据。
2017-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing Interlayer Magnetic Coupling for Efficient, Field-Free Current-Induced Magnetization Switching in a Magnetic Insulator
针对磁性绝缘体因界面效应导致自旋相关作用弱、器件性能受限的问题，通过插入Co层利用金属-绝缘磁体交换耦合，将自旋轨道矩效率提升20倍以上，实现无外场电流诱导磁化翻转，为低功耗自旋电子器件提供新平台。
2024-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque-induced switching of perpendicular magnetization at room temperature in WTe2/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道矩（SOT）是实现电荷-自旋转换的有效方法，它可以改变垂直磁化强度，这对于设计新型高能效自旋电子器件至关重要。面外SOT可以直接切换垂直磁化。令人鼓舞的是，最近报道了二维（2D）材料WTe 2/铁磁体（FM）双层的无场垂直磁化翻转，但工作温度（200 K）低于室温。在这里，我们报告的无场垂直磁化翻转在室温下进行的WTe 2/Pt/Co/Pt多层膜。受控实验证实了无场开关是由Pt/Co/Pt多层膜中产生的面内反阻尼SOT和a轴WTe 2薄膜中产生的面外反阻尼SOT引起的。这项工作为在室温下使用二维材料制成的自旋电子器件提供了一种潜在的方法。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Picosecond Switching of Optomagnetic Tunnel Junctions
超导磁隧道结是自旋电子存储器的重要组成部分之一，它可以实现快速的非易失性数据存取，具有彻底改变主流计算结构的巨大潜力。然而，这种器件的传统开关机制从根本上受到自旋极化电流4的阻碍，自旋转移扭矩或自旋轨道扭矩具有自旋进动时间限制和过度的功率耗散。这些物理约束极大地促进了现代自旋电子学的发展。在这里，我们报告了一个光磁隧道结使用的自旋光子组合。该复合器件采用了一个全光开关的Co/Gd双层耦合到CoFeB/MgO为基础的垂直磁隧道结的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida相互作用。皮秒全光操作的光磁隧道结明确证实了时间分辨测量。此外，该器件显示出相当大的隧道磁电阻和热稳定性。这种概念验证设备代表了实现具有THz数据访问的超快自旋电子存储器以及超低功耗的重要一步。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Pressure-driven switching of magnetism in layered CrCl3
具有可控磁性的层状过渡金属化合物为制备高性能磁电和自旋电子器件提供了许多诱人的机会。其电子和磁性的调谐通常限于层厚度的改变、静电掺杂以及电场和磁场的控制。然而，很少利用压力作为控制参数来定制它们的磁电性能。在这里，我们报告了一个独特的压力驱动的同构相变在层状氯化铬伴随着同时切换的磁性从铁磁到反铁磁秩序。我们的实验，结合从头计算，表明这样的磁性转变阻碍了压力下的带隙崩溃，导致异常的超导体到半导体的转变。我们的研究结果不仅揭示了高电位的氯化铬在电子和自旋电子学应用环境和极端条件下，但也建立了探索不寻常的相变层状过渡金属化合物的基础。
2019-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Switching magnon chirality in artificial antiferromagnet
反铁磁体中的磁振子可以同时支持左手和右手的手征性，这为基于手征性的自旋电子学研究提供了新的思路。在这里，我们演示了人工反铁磁体中的磁振子手征的切换和读取。发现了反铁磁和铁磁特征共振模共存的现象，这使得磁振子手征调制具有很高的可调谐性。通过与手征相关的自旋泵浦以及自旋整流效应来实现手征的读取。我们的结果为处理磁振子手征性提供了一个理想的反铁磁平台，为基于手征性的自旋电子学铺平了道路。
2021-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Switching intrinsic magnetic skyrmions with controllable magnetic anisotropy in van der Waals multiferroic heterostructures
基于第一性原理研究，提出在二维范德华多铁异质结构CrSeI/In2Te3中通过反转铁电极化调控磁各向异性，实现本征磁性斯格明子与高温铁磁态的切换，为自旋电子学提供节能高效策略。
2024-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of the perpendicular magnetization switching in ferroelectric/ferrimagnet heterostructures
本研究通过操纵PZT/CoGd异质结构中电场驱动的极化，利用界面氧离子迁移调制Co/Gd亚晶格相对磁化，实现了亚铁磁体垂直净磁化的非易失性翻转，为低功耗自旋电子器件提供了新方法。
2024-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Picosecond spin-orbit torque switching of ferrimagnets
自旋电子学为实现非易失性存储器和逻辑器件提供了一个有效的平台。在这些系统中，数据存储在磁性材料的磁化中，并且磁化在写入过程中切换。在传统的自旋电子器件中，使用具有大约纳秒的磁化动力学时间尺度的铁磁材料，为切换速度设置了限制。提高自旋电子学研究中的磁化反转速度一直是自旋电子学研究的挑战之一。在这项工作中，我们利用超快磁化动力学的亚铁磁材料，而不是铁磁体，我们使用飞秒激光脉冲和光电导Auston开关，以创建皮秒电流脉冲切换亚铁磁。通过反常霍尔和磁光克尔（MOKE）测量，我们证明了强皮秒SOT驱动的亚铁磁GdFeCo的磁化翻转。时间分辨MOKE显示GdFeCo的磁共振频率超过50 GHz，表明自旋动力学速度超过20 ps，SOT开关速度为数十皮秒。我们的工作为非易失性磁存储器和逻辑应用提供了一条实现皮秒操作速度的有前途的路线。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Flexible orbital torque device with ultralow switching current
针对柔性自旋电子学中轨道力矩（OT）潜力未充分探索的问题，本研究基于云母/SRO/CoPt异质结构开发出柔性OT器件，实现超低开关电流密度并保持优异柔性耐用性，为低功耗可穿戴自旋电子应用提供可行方案。
2025-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Switching of the Néel Vector by Asymmetric Spin Torque
Anhui Province Key Laboratory of Low-Energy Quantum Materials and Devices, High Magnetic Field Laboratory, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院高磁场实验室低能量子材料与器件安徽省重点实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Key Laboratory of Materials Physics, Institute of Solid State Physics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所材料物理重点实验室）；MOE Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter, Shaanxi Province Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Optoelectronic Devices, School of Physics, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学物理学院非平衡合成与调控凝聚态物质教育部重点实验室陕西省量子信息与量子光电探测器件重点实验室）；School of Physics and Optoelectronic Engineering, Anhui University（安徽大学物理与光电工程学院）；Collaborative Innovation Center of Microstructures, Nanjing University（南京大学微结构协同创新中心）；Institute of Physical Science and Information Technology, Anhui University（安徽大学物理科学与信息技术学院）
通过不对称自旋扭矩实现反铁磁体Néel向量的确定性切换，为反铁磁自旋电子学的高效写入提供了新方法。
2026-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital Current-Driven Magnetization Switching in a Magnetic Tunnel Junction
本研究通过轨道电流实现了磁隧道结的磁化切换，并开发了稳定的SOT-MRAM单元，展示了轨道电流在自旋电子器件中的应用潜力。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-Enforced Ferroelectric Switching of Two-Dimensional Altermagnetism
School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University（山东大学物理学院晶体材料国家重点实验室）
提出通过三明治结构实现二维交变磁性的铁电翻转，利用铁电层破坏对称性诱导交变磁分裂，并通过反转极化翻转自旋分裂模式，在In2Se3/MnPTe3/In2Se3中验证，实现电学调控反常霍尔效应。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of magnetic Cu$_2$Sb compounds related to antiferromagnetic CuMnAs
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
该研究对共享四方Cu$_2$Sb型结构的50余种金属间化合物进行密度泛函理论计算，发现20多种新的反铁磁候选材料，为自旋电子学应用提供理论指导。
2026-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Field-free perpendicular magnetization switching of low critical current density at room temperature in TaIrTe4/ferromagnet heterostructures
该研究在垂直磁化 TaIrTe4/Pt/Co/Pt 器件中，利用低对称二维 Weyl 半金属产生的 z 自旋极化电流，实现室温零磁场确定性翻转，临界电流密度低至约 2.64×10^5 A cm^-2。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale quantum imaging of field-free deterministic switching of a chiral antiferromagnet
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
本研究利用自旋轨道扭矩在手性反铁磁体Mn3Sn中实现无场确定性磁化切换，并通过量子显微镜观察到高达90%的磁切换比。
2025-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Isothermal anisotropic magnetoresistance in antiferromagnetic metallic IrMn
反铁磁自旋电子学是一个新兴的领域，反铁磁可以提高铁磁体的功能，具有更高的响应时间，并具有对外部磁场屏蔽信息。此外，还存在大量奈耳温度高于室温的反铁磁半导体和金属。在目前的手稿中，我们坚持在追求的极限有多大的各向异性磁阻可以在反铁磁材料具有非常大的自旋轨道耦合。我们选择IrMn作为一级矩（Mn）和自旋轨道（Ir）组合的一个很好的例子。对反铁磁金属（IrMn）/铁磁绝缘体薄膜双层膜进行了等温磁输运测量。在两层之间具有磁耦合的金属/绝缘体结构允许仅在反铁磁层中测量输运性质的调制。已发现各向异性磁阻高达0.15%，这是远远大于裸IrMn层。有趣的是，它已被观察到，各向异性的磁阻强烈的影响，由场冷却条件，信号的依赖性，在磁有序温度下的域的形成所发现的响应。
2016-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Persistent anisotropy of the spin cycloid in BiFeO3 through ferroelectric switching
本研究针对反铁磁自旋电子学纳米尺度自旋构型调控难题，利用氮空位金刚石磁力测量证实BiFeO₃的自旋摆线可通过电场确定性调控，揭示其能态受铁电自由度与应变各向异性共同塑造，为磁织构及自旋电子器件设计提供新思路。
2023-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Modulating Curie Temperature and Magnetic Anisotropy in Nanoscale Layered Cr_{2}Te_{3} Films: Implications for Room-Temperature Spintronics
纳米尺度的层状铁磁体已经表现出迷人的二维磁性，直到原子层，为研究基础物理和自旋电子学应用提供了一个特殊的自旋有序的操场。然而，用于生长具有设计的磁特性的膜的策略还没有很好地建立。在此，我们提出了一种通用的方法来控制居里温度（T_{C}）和磁各向异性的生长过程中的超导Cr_{2} Te_{3}薄膜。我们证明增加的TC从165 K到310 K同步磁各向异性切换从面外取向到面内的，分别通过控制Te源通量在薄膜生长过程中，导致不同的c-晶格参数，同时保持化学计量和薄膜的厚度。我们使用X射线磁性圆二色性分析，将这种磁各向异性的调制归因于轨道磁矩的切换。我们还推断，不同的c-晶格常数可能是负责磁各向异性的变化，理论计算支持。这些研究结果强调了潜在的可吸收的Cr_{2} Te_{3}薄膜作为候选开发室温自旋电子学应用和类似的生长策略可以适用于制造其他纳米级层状磁性化合物。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature ferroelectric switching of spin-to-charge conversion in GeTe
自20世纪90年代诞生以来，半导体自旋电子学与作为自旋源的铁磁体的兼容性很差。虽然某些半导体的破缺反转对称性可替代地允许自旋-电荷相互转换，但其通过电场的控制是不稳定的。铁电Rashba半导体是一种吸引人的材料，具有铁电性赋予的磁性、大的自旋轨道耦合和非挥发性。然而，它们在自旋电子学方面的潜力却很少被探索。在这里，我们展示了非易失性，铁电控制的自旋电荷转换在室温下在外延碲化锗薄膜。我们表明，铁电开关的电选通是可能的GeTe，尽管它的高载流子密度。我们揭示了一个自旋到电荷的转换有效的Pt，但其符号是由铁电极化的方向控制。理论和实验数据的比较表明，自旋霍尔效应在开关转换中起着重要作用。这些结果开辟了一条将自旋逻辑和存储器集成到硅兼容材料中的器件路线。
2021-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Switching local magnetization by electric-field-induced domain wall motion
电场效应是一种低能耗的磁调控技术。在这里，我们表明，局部磁化的超薄Co膜可以切换，只需施加一个栅极电场，而无需任何外部磁场或电流的协助。局部磁化翻转的解释是通过由电场引起的畴壁运动的磁畴的成核和湮灭。我们的研究结果导致外场自由和超低能量自旋电子应用。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Tunnel Junctions for Spintronics
本文综述了反铁磁隧道结在自旋电子学中的基本原理、大隧穿磁阻实现条件及Néel矢量电控翻转机制，并指出其有望在磁阻效应、翻转速度和集成密度上超越传统磁性隧道结。
2024-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrical Switching of Tristate Antiferromagnetic Néel Order in $α$-Fe$_{2}$O$_{3}$ Epitaxial Films
操纵反铁磁（AF）矩的能力是反铁磁自旋电子学新兴领域的关键要求。双态AF矩的电开关已在金属AF、CuMnAs和Mn $_2$ Au中得到证实。近年来，在Pt/NiO双层膜中发现了电流诱导的锯齿形霍尔电阻，但其机理还存在争议。在这里，我们报告的第一个令人信服的，非衰减，三态Néel顺序在Pt/ $α$ -Fe $_2$ O $_3$双层膜的阶梯状电开关的演示。我们的实验数据和蒙特卡罗模拟揭示了$α$ -Fe $_2$ O $_3$ Néel序在三个稳定态之间转换行为的清晰机制。我们还表明，所观察到的“锯齿”霍尔电阻是由于一个伪影的铂，而不是AF开关，而AF开关的签名是阶梯状的霍尔信号。这种对AF绝缘体（AFI）薄膜中磁矩的电气控制的演示将通过利用大家族的AFI来极大地扩展AF自旋电子学的范围。
2022-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature chirality switching in a helimagnetic thin film
在螺旋磁结构中，磁矩是有序的，其内部自由度称为手性（或螺旋度），对应于螺旋的旋向。手征性似乎对干扰相当稳健，因此有希望用于下一代磁存储器。近年来，在导电螺旋磁体中，通过磁场扫描和低温下施加电流实现了手性控制，但在实际应用中存在工作温度低、控制顺序繁琐等问题。另一个问题是薄膜制造，其使得能够开发基于helimagnets的自旋电子器件。在这里，我们展示了在室温下，在薄膜MnAu $_2$ helmagnetic导体的电流脉冲的手征开关。结果表明，基于helimagnet的自旋电子学可以克服上述问题的可行性。
2022-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field switching magnetization and spin transfer in ultrathin BiFeO3 film
第一性原理密度泛函理论计算表明，在外加电场作用下，BFO薄膜的磁化强度可以达到90 °的翻转。正场表面出现上旋载流子，负场表面出现下旋载流子，这是由于Fe-t2 g轨道的重新分布引起的。R相薄膜表面Fe-3d态的半金属性使其成为具有电场可调FM磁化反转的AFM/FM双层异质结构的候选材料，为设计自旋电子多铁性材料开辟了新的途径。该BFO/FM双层膜的界面交换偏置效应主要由Fe-t2 g轨道重构以及自旋转移和重排驱动。
2013-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Landau-Lifshitz-Bloch-Slonczewski equations for spintronics
CEA, DAM, Le Ripault（法国原子能及替代能源委员会）；Univ. Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble-INP, SPINTEC（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
本文提出动态Landau-Lifshitz-Bloch-Slonczewski方程，用于描述高电流操作中加热引起的瞬时去磁现象，从而更准确地预测自旋电子器件的临界电流和切换时间。
2025-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain-mediated magnetoelectric effect for the electric-field control of magnetic states in nanomagnets
没有电流的磁电场控制可能会使自旋电子学朝着超低功率方向发生革命。在这里，通过使用机械耦合相场模拟，我们计算证明了应变介导的磁电效应的应用电场控制的异质结构中的磁状态。在由软纳米磁体Co和压电衬底PMN-PT构成的模型异质结构中，探索了由电场激发的磁态的波动性和磁化翻转动力学。研究发现，电场可以驱动单畴纳米磁体进入平衡涡旋态。即使在去除电场或施加反向电场之后，纳米磁体仍保持在涡旋状态，即涡旋状态是极其稳定且非易失的。只有通过利用旋进磁化动力学，180 $^\circ$磁化切换是可能的，在小尺寸的纳米磁体，这是自由的稳定的涡旋状态。通过对电场幅值、脉冲宽度和斜坡时间的精心设计，电场脉冲可以实现确定性的180 $^\circ$开关。最小开关时间小于10 ns。这些结果为低功耗、高可靠性和快速电场控制自旋电子学的设计提供了有用的信息。
2017-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Switching of Perpendicular Magnetization by Spin-Orbit Torque
本文综述了通过自旋轨道力矩实现垂直磁化翻转的最新进展与挑战，涵盖自旋电流产生、翻转机制与策略、电流密度及材料选择，并总结了原型 SOT 存储与逻辑器件的进展。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Metal Spintronics
铁磁金属中的自旋电子学是建立在一组互补的现象上的，其中磁结构影响输运系数，输运电流改变磁结构。在这封信中，我们提出，相应的影响发生在电路中含有反铁磁金属。在反铁磁的情况下，由于不存在形状各向异性，并且由于自旋力矩作用于反铁磁体的整个体积，因此用于切换的临界电流可以较小。我们的研究结果表明，电流诱导的序参量动力学可以用来粗化反铁磁薄膜的微结构。
2005-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin injection and emission helicity switching in a 2D perovskite/WSe2 heterostructure
本研究在(BA)₂PbI₄/WSe₂单层异质结中实现层间激子发射螺旋度的可调谐控制，揭示价带杂化态的调控机制，为二维钙钛矿在光自旋电子学的应用提供重要支撑。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Strongly asymmetric magnetization switching and programmable complete Boolean logic enabled by long-range intralayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction
本文发现了磁性异质结构中广泛存在的长程层内 DMI 效应，其通过重金属层介导同层正交磁畴的手性耦合，产生垂直有效磁场，实现强不对称磁化翻转，并在单个自旋轨道力矩器件中演示了可编程完备布尔逻辑运算。
2024-03-24 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
Current-induced magnetization switching using electrically-insulating spin-torque generator
通过自旋轨道矩（SOTs）实现的电流诱导磁化翻转是自旋轨道电子学的基本组成部分。SOT通常由重金属的自旋-轨道耦合引起。然而，即使在金属磁体被两个不同的绝缘体夹在中间的异质结构中，由于反转对称性的破坏，预计也会产生非零电流感应的SOT;电绝缘体可以是自旋扭矩发生器。在这里，我们展示了电流诱导的磁化切换使用绝缘体。我们发现，氧掺入到最广泛使用的自旋电子材料，铂，变成一个电绝缘发电机的SOTs的重金属，使电开关的垂直磁化铁磁夹在电绝缘氧化物。我们进一步发现，从Pt氧化物产生的SOT可以通过电压驱动的氧迁移进行电控制。这些发现为基于重金属氧化物固态开关的节能、电压可编程自旋轨道器件开辟了一条道路。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic origin of the magnetic easy-axis switching in Fe3GaTe2 under pressure
Henan University（河南大学）；Hanyang University（汉阳大学）
研究Fe3GaTe2在压力下的磁易轴切换机制，揭示压力通过改变Fe原子的自旋轨道耦合和磁矩分布，促进平面各向异性。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Electric field switching of the uniaxial magnetic anisotropy of an antiferromagnet
在自旋电子学中，铁磁体中的磁各向异性的电场控制已经被广泛地追求，以实现具有低能耗的高效存储器和计算设备。与铁磁体相比，反铁磁体具有超快的自旋动力学特性和极小的杂散磁场，在高密度信息存储领域具有巨大的应用潜力。然而，反铁磁体的磁各向异性通过电场的开关仍然是难以捉摸的。在这里，我们使用压电材料的铁弹应变，在室温下，在反铁磁Mn 2 Au薄膜的单轴磁各向异性和可逆的Néel顺序与电场只有几kV/cm。由于单轴磁各向异性，在Mn 2Au中观察到了由Néel自旋轨道矩驱动的棘轮式开关行为，这种行为可以被电场逆转.
2018-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Molecular spintronics using noncollinear magnetic molecules
我们研究了强各向异性非共线磁性分子的自旋输运，发现非共线磁化强度对电流起着自旋开关的作用。此外，自旋电流显示提供了一个可行的路线，选择性地制备分子器件在两个简并非共线磁状态之一。自旋电流也可以用来创建一个非零密度的环形磁化在最近表征的Dy_3非共线磁体。
2009-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical evidence for single-crystal-like magnetic switching of epitaxial antiferromagnetic LaFeO3 films
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg（哈勒-维滕贝格马丁路德大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH（柏林亥姆霍兹材料与能源中心有限公司）；University of Potsdam（波茨坦大学）
利用纵向磁光克尔效应(MOKE)直接探测应变控制的外延LaFeO3薄膜的磁开关和畴过程，发现压缩应变薄膜呈现矩形磁滞回线和单畴剩磁，并证实畴壁控制开关行为。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching by spin-orbit torque in an antiferromagnet/ferromagnet bilayer system
自旋轨道力矩（SOT）诱导的磁化翻转显示出实现超快和可靠的自旋电子器件的希望。通过SOT的垂直磁化的双极开关在与所施加的电流共线的面内磁场下实现。迄今为止研究的典型结构包括非磁性/铁磁性（NM/FM）双层，其中NM中的自旋霍尔效应负责开关。在这里，我们表明，反铁磁/铁磁（AFM/FM）双层系统也表现出SOT大到足以切换FM的磁化。在这个材料系统中，由于原子力显微镜的交换偏置效应，我们观察到开关下没有施加的电场，通过使用反铁磁PtMn和铁磁Co/Ni多层膜与垂直的易轴。此外，定制堆叠实现了类似忆阻器的行为，其中可以以模拟方式控制反向磁化的一部分。因此，AFM/FM系统是SOT设备的一个很有前途的构建模块，并提供了一个有吸引力的神经形态计算的途径。
2015-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Switching ferromagnetic spins by an ultrafast laser pulse: Emergence of giant optical spin-orbit torque
更快的磁纪录技术是海量数据存储和大数据科学不可或缺的。{全光自旋开关提供了一种可能的解决方案}，但目前它仅限于少数昂贵且复杂的稀土亚铁磁体。在更丰富的铁磁体中的自旋开关可能会大大扩展全光自旋开关的范围。在这里，通过研究40，000个铁磁自旋，我们表明，这是决定自旋开关过程中的铁磁体和亚铁磁体的光学自旋轨道力矩。只有当合金中每种成分的有效自旋角动量超过临界值时，才会发生自旋转换。由于强交换耦合，铁磁体中的自旋开关比弱耦合亚铁磁体快得多。这为全光自旋开关建立了一个范例。由此产生的磁场（65 T）是如此之大，它将显著降低自旋电子学中的高电流，从而代表了光自旋电子学的开始。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Physical origin of current-induced switching angle shift in magnetic heterostructures
该研究揭示磁性异质结构中开关角度偏移主要由手性不对称成核主导，导致畴壁去钉扎分析低估自旋轨道转矩，并提出了修正理解。
2025-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single pulse all-optical toggle switching of magnetization without Gd: The example of Mn2RuxGa
在没有磁场帮助的情况下对磁化的能量有效控制是自旋电子学的关键目标。钯热诱导单脉冲全光开关已经被证明，但到目前为止，只有在Gd基非晶铁磁薄膜。在这项工作中，我们展示了切换开关的半金属补偿亚铁磁Heusler合金Mn2RuxGa，其中有两个晶体学上不等价的Mn亚晶格。此外，我们观察到的开关在室温下的样品，是免疫外部磁场超过1 T，只要他们表现出高于室温的补偿。在没有Gd的补偿亚铁磁体中观察到的效应挑战了我们对全光开关的理解。动态行为表明，Mn2RuxGa开关在2 ps或less.Our研究结果拓宽了快速光开关的磁化强度的基础和工程材料，可用于非易失性超快开关使用超短光脉冲的新天地。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Beyond binary at submicron dimensions: crossed-ellipse MTJ free layers as multi-state cells for spintronic crossbars
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）；Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）
本文通过微磁模拟研究交叉椭圆MTJ自由层的尺寸和长宽比对多态开关行为的影响，发现可调控出多达十二个剩磁态，为多态自旋电子交叉阵列提供几何设计窗口。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Deterministic Switching of Perpendicular Ferromagnets by Higher harmonics of Spin-orbit Torque in Noncentrosymmetric Weyl Semimetals
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
本文通过自旋轨道扭矩的高次角谐波，在保持面内镜像对称的系统中实现了垂直铁磁体的无场确定性翻转，并在非中心对称外尔铁磁体PrAlGe中通过第一性原理计算验证了该机制。
2026-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching of magnetic domains in a noncollinear antiferromagnet at the nanoscale
研究Mn3Sn薄膜中反铁磁畴的纳米尺度切换，发现大磁场仅诱导部分磁有序且不可切换部分具有单向各向异性，并揭示了其多易磁化轴切换及晶界钉扎行为。
2024-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analysis of ultrafast magnetization switching dynamics in exchange-coupled ferromagnet-ferrimagnet heterostructures
本文利用改进的微观三温度模型模拟交换耦合铁磁体–亚铁磁体异质结构的元素分辨全光磁化翻转，揭示材料成分、居里温度、RKKY耦合和光能对翻转阈值与时间的影响。
2023-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Continuous Electrical Manipulation of Magnetic Anisotropy and Spin Flopping in van der Waals Ferromagnetic Devices
控制铁磁材料的磁各向异性在磁开关器件和自旋电子学应用中起着关键作用。具有不同磁各向异性几何形状（面内或面外方向）的自旋-轨道扭矩器件的示例已经被证明具有用于扩展器件功能的新型磁化切换机制。通常，铁磁材料中的内禀磁各向异性在固定方向内是不变的，因此，难以实现多功能器件。因此，铁磁材料中的磁各向异性的连续调制是高度期望的，但仍然具有挑战性。在这里，我们证明了一个门可调的磁各向异性转变，从出平面倾斜，并最终在层状Fe $_5$ GeTe $_2$通过结合测量的角度依赖的异常霍尔效应和磁光克尔效应与定量Stoner-Wohlfarth分析。易磁化轴通过门控或温度调制在自旋翻转路径中连续旋转。这些观测结果为探索磁化翻转机制和实现新的自旋电子学功能提供了新的途径。
2022-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching induced by spin-orbit torque from Co2MnGa magnetic Weyl semimetal thin films
研究了Co2 MnGa磁性Weyl半金属（WSM）薄膜中自旋电流产生的自旋轨道矩（SOT）引起的磁化翻转。我们在MgO（001）衬底上外延生长了具有高度B2有序结构的Co2 MnGa薄膜。在Co2 MnGa/Ti/CoFeB异质结中进行了SOT的谐波霍尔测量，获得了较大的自旋霍尔效率（-7.8%），并进一步证实了垂直磁化CoFeB层的SOT感生磁化翻转.二次谐波信号的对称性，自旋霍尔效率的厚度依赖性，和移动的反常霍尔环下施加电流进行了研究。本研究不仅有助于理解磁性WSM基异质结产生自旋电流的机制，而且为磁性WSM在自旋电子器件中的应用奠定了基础。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectrically Controlled Spin-Switch
对新型自旋电子器件的研究带来了控制磁性薄膜开关的新方法。在这项工作中，我们实验证明了一种基于热电控制交换耦合的设备。通过弱铁磁Ni-Cu合金的交换耦合来控制来自巨磁阻元件的读出信号。这种交换耦合示出随温度的变化而强烈变化，并且内部焦耳加热和外部加热都用于演示磁开关。该器械在热循环时未显示出降解。讨论了进一步优化器件性能的途径。我们的实验结果显示了一种新的方法来热电控制磁开关的多层膜。
2010-01-30 cond-mat.mtrl-sci
