Instability analysis of spin torque oscillator with an in-plane magnetized free layer and a perpendicularly magnetized pinned layer
研究了在任意方向的磁场作用下，具有面内磁化自由层和垂直磁化钉扎层的自旋力矩振子中激发稳定自振荡的理论条件.线性化的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程被发现不适用于评估稳定状态和自振荡状态之间的阈值，因为从线性化方程估计的临界电流密度比数值模拟中发现的大得多。我们推导出的阈值电流密度的理论公式，专注于从自旋扭矩的磁化的能量增益在短于一个进动周期的时间。所得公式与数值模拟结果吻合较好。讨论了使离面自激振荡稳定在阈值以上的条件。
2016-05-05 cond-mat.mes-hall
Thick Permalloy films for the imaging of spin texture dynamics in perpendicularly magnetized systems
我们表明，厚坡莫合金薄膜表现出弱的生长诱导的垂直磁各向异性，可以作为一个理想的测试系统的拓扑平凡和非平凡的磁状态，从一个孤立的磁skyrmion更复杂的n $π$自旋配置的回转动力学的调查。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall
A novel design to realize deterministic switching of perpendicularly magnetic layers by spin orbital torque through antiferromagnetic coupling
本文提出了一种利用自旋霍尔效应产生的自旋轨道矩实现垂直磁化层（本工作中为Co）的确定性开关的新颖而简单的多层结构。引入被钉扎层，其反铁磁耦合到磁性Co层。通过微磁学模拟，我们从开关回路、轨道和周期性自旋电流下的开关特性等方面证实了垂直磁化层的确定性开关。反铁磁相互作用占的确定性开关的结构和反转的磁性层的最终状态是可预测的，当所施加的自旋电流密度为60 MA/cm 2以上。在我们的设计中，反铁磁耦合是很容易调谐，不需要外部磁场。
2017-05-05 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Temperature dependent nucleation and propagation of domain walls in a sub-100 nm perpendicularly magnetized Co/Ni multilayer
本文研究了Co/Ni基垂直磁化自旋阀中开关场的温度依赖性。虽然在环境温度下的全垂直Co/Ni自旋阀的磁化反转通常由电阻的单个急剧阶跃变化来标记，但低温测量可以揭示一系列电阻阶跃，与非均匀磁化配置一致。我们提出了一个模型，由域成核，传播和湮灭来解释的温度依赖性的开关字段。有趣的是，低温（<30 K）阶跃变化的电阻，我们与域成核，有一个双峰开关场和电阻阶跃分布，归因于两个竞争的成核途径。
2013-11-02 cond-mat.mes-hall
High resolution dynamic imaging of the delay- and tilt-free motion of Néel domain walls in perpendicularly magnetized superlattices
我们报告的时间分辨调查的电流和磁场诱导的畴壁运动在垂直磁化的微丝表现出不对称的交换相互作用的扫描透射x射线显微镜使用的时间步长为200 ps。动态域壁速度的顺序为50-100米秒$^{-1}$进行了观察。时间分辨率的提高使我们能够观察到没有孕育时间的畴壁的运动，以及可以忽略不计的惯性的迹象。此外，我们观察到，对于短电流和磁场脉冲，磁畴壁在其运动期间不表现出倾斜，提供了磁畴壁的快速、无倾斜运动的机制。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall
Origin of robust interaction of spin waves with a single skyrmion in perpendicularly magnetized nanostripes
我们研究了在垂直磁化的CoFeB纳米带中传播的自旋波（SW）和单个Skyrmion之间的相互作用，其中磁性层与W和MgO交界。微磁数值计算显示，入射SW和skyrmion之间的强大相互作用引起了特定SW频率的相当大的向前skyrmion运动（例如，这里：fsw = 12 - 19 GHz）。另外，发现存在足够低的阈值场幅度，例如，0.1 fsw = 15 GHz SW时的kOe。这种依赖于频率的相互作用起源于SW与Skyrmion的内部模式的鲁棒耦合，通过SW的线性动量传递扭矩作用于Skyrmion。这项工作提供了没有电子流的Skyrmion运动的全磁控制，并有助于进一步理解在狭窄的几何形状的磁振子和拓扑孤子之间的相互作用。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall
Electrical Transport of perpendicularly magnetized L10-MnGa and MnAl films
L10有序MnGa和MnAl铁磁薄膜表现出巨大的垂直磁各向异性和对磁性和结构无序的高度可控性，不仅在磁纪录、永磁体和自旋电子学等方面有着广阔的应用前景，而且在无序相关电输运现象的可控研究中也有着广阔的应用前景。本文综述了具有垂直磁各向异性的L10有序MnGa和MnAl薄膜中轨道双沟道近藤效应和反常霍尔效应的有趣实验观察。我们也给出了关于这些垂直磁化Mn基二元合金薄膜的未来技术和基础应用的前景。
2017-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved spin-torque switching in MgO-based perpendicularly magnetized tunnel junctions
研究了垂直磁化隧道结（pMTJ）中ns量级的自旋力矩感应开关。虽然开关电压与宏自旋不稳定性阈值相匹配，但反转的电签名表明各种尺寸的结中存在畴壁。在反平行（AP）到平行（P）的切换中，成核阶段之后是壁以40 m/s的平均速度通过样品的不可逆流动，其中来回振荡运动指示Walker传播状态。一个模型与一个单壁局部响应的自旋扭矩再现的基本动力学签名的逆转。P到AP的转变具有复杂的动力学，具有动力学反向跳跃，其概率随电压增加。我们把这种反向跳跃归因于名义上固定层的不稳定性。
2016-02-02 cond-mat.mes-hall
Mutual synchronization of spin-torque oscillators consisting of perpendicularly magnetized free layers and in-plane magnetized pinned layers
从理论上研究了通过电流注入耦合的自旋力矩振子的相互同步。提出了并联和串联电路中的电耦合模型。通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程，发现了同相或反相同步的激发与振荡器的连接方式有关，并从解析和数值计算中发现，并联和串联电路的电流-频率关系与单个自旋力矩振荡器的电流-频率关系相同。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other nlin.AO
Time-Resolved Studies of the Spin-Transfer Reversal Mechanism in Perpendicularly Magnetized Magnetic Tunnel Junctions
在垂直磁化的磁性隧道结中，利用单次时间分辨电学测量研究了直径为50 ~ 100 nm的圆形结中脉冲自旋力矩开关随脉冲幅度和结尺寸的变化。平均开关时间与脉冲幅度成反比。然而，开关动态被发现是强烈依赖于结的大小和脉冲幅度。在50 nm直径的结中，切换开始是随机的，但切换一旦开始，是快速的;在被启动后，切换所需的时间小于2 ns。在较大直径的结中，完全切换所需的时间强烈依赖于脉冲幅度，在大脉冲幅度下达到小于2 ns的时间。在开关速率与脉冲幅度的异常示出与长寿命（> 2 ns）的中间结电阻状态。
2016-10-30 cond-mat.mes-hall
Electric-field control of spin-orbit torques in perpendicularly magnetized W/CoFeB/MgO films
通过电场控制磁性为设计未来几代节能信息技术提供了非常有吸引力的前景。在这里，我们证明了在薄的垂直磁化CoFeB薄膜的电流诱导的自旋轨道转矩的大小可以调整，甚至增加由电场产生的压电应变。使用理论计算，我们发现，自旋轨道耦合，晶体对称性和轨道极化的微妙的相互作用是在所观察到的自旋轨道扭矩的应变依赖性的核心。我们的研究结果开辟了一条道路，整合两个能源效率的自旋操纵方法，电场诱导的应变和电流诱导的磁化切换，从而使新的设备概念。
2020-02-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Twisted domain walls and skyrmions in perpendicularly magnetized multilayers
我们提出了一个分析理论来描述三维磁性纹理的垂直磁化的磁性多层膜中出现的静磁相互作用和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya）的存在下。我们证明，在多层畴壁开发一个复杂的扭曲结构，即使是具有较强的扭曲的薄膜仍然存在。这种扭曲的起源是表面体积杂散场相互作用，表现为一个深度依赖的有效场，其形式模仿的有效场。我们发现，壁扭曲的平衡skyrmion或域的大小有轻微的影响，但可以显着影响电流驱动的动力学。我们的结论是基于推导出的静磁能的解析表达式，并证实了微磁学模拟。
2018-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Standing spin-wave mode structure and linewidth in partially disordered perpendicularly magnetized sub-micron Permalloy disc arrays
驻波自旋波模式的频率和线宽在部分无序的垂直磁化阵列的亚微米坡莫合金磁盘测量使用宽带铁磁共振和分析结果相比，从一个单一的，孤立的磁盘。所测得的模式结构定性地再现了理论预期的结构。拟合的退磁参数随着阵列无序度的增加而减小。第一和第二径向模式之间的频率差被发现是更高的测量阵列系统比理论预测的孤立盘。连续自旋波模式之间的相对频率不受阵列中的盘的长程有序的减少的影响。观察到在低施加磁场下自旋驻波共振线宽的增加，并且随着阵列无序度的增加而变得更加严重。
2014-07-16 cond-mat.mes-hall
Synchronization and chaos in a spin-torque oscillator with a perpendicularly magnetized free layer
从理论上全面研究了由垂直磁化自由层和面内磁化参考层组成的自旋力矩振荡器在交变电流和微波场作用下的同步和混沌现象。在数值模拟中观察到的强迫同步的交流在很宽的范围内，其振幅和频率。分析理论阐明，非线性频率偏移，以及自旋转移力矩的不对称性，起着关键作用，在确定锁定范围和振荡器和电流之间的相位差。通过计算李雅普诺夫指数，在大交流电流区域识别出由交流电流引起的混沌。对于微波场，也得到了类似的结果，虽然引起混沌的参数范围比交流场窄。
2019-12-24 cond-mat.mes-hall nlin.CD
Voltage controlled propagating spin waves on a perpendicularly magnetized nanowire
通过数值计算和解析方法研究了在外加电场的情况下，电压控制的自旋波在具有局部操纵垂直磁各向异性（PMA）的纳米线中的传播。结果表明，传播SW的速度和波长是定制的修改PMA，这可以通过外部电场局部控制。首先，我们观察到一个相移时，传播SW通过该地区的局部修改PMA。通过引入SW的相位控制，我们最后提出了一种三端SW器件。通过电压控制相移，在检测区域处控制两个传播SW的相长/相消干涉。
2014-01-27 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer assisted thermally activated switching distributions in perpendicularly magnetized spin valve nanopillars
本文研究了室温下垂直磁化Co/Ni多层自旋阀纳米柱中自旋转移辅助磁化反转的开关场分布。对具有50 nm × 300 nm椭圆截面的自旋阀纳米柱的Co/Ni自由层的开关场测量作为电流的函数进行。的有效性的模型，假设一个自旋电流依赖于热激活反转的有效势垒的测试通过测量下施加直流开关场分布。我们发现，开关场分布偏离显着的双指数形状预测的有效势垒模型，开始在所施加的电流低至一半的零场临界电流。从低于此阈值的电流的开关场分布中提取的势垒高度是电流的单调函数。然而，热致开关模型打破了超过临界阈值的电流。
2013-12-06 cond-mat.mes-hall
Bose condensation and spin superfluidity of magnons in a perpendicularly magnetized film of yttrium iron garnet
本文用带状线研究了在高频抽运下垂直磁化的钇铁石榴石薄膜中磁振子玻色凝聚的形成。研究了磁振子的非线性磁共振特性和磁振子玻色凝聚在磁场梯度中的空间分布。在这些实验中，玻色子系统的磁振子的行为类似于反铁磁超流3He-B中磁振子的玻色凝聚，这在之前已经详细研究过了。磁子BEC形成具有磁子超流性质的相干旋进态。它的稳定性取决于激发的磁振子之间的排斥势，该排斥势补偿了磁场的不均匀性。
2020-09-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Asymmetric switching behavior in perpendicularly magnetized spin-valve nanopillars due to the polarizer dipole field
我们报道了垂直磁化自旋阀纳米柱的自由层开关场分布。虽然分布是一致的热活化模型，它们显示出强烈的不对称性之间的平行反平行和反向过渡，与平行反平行过渡的能量势垒高出50%以上。来自偏振器的不均匀偶极场被证明是这种对称性破缺的起源。有趣的是，对称性恢复与光刻定义的凹口对从柱横截面的中点沿椭圆长轴删除的设备。这些结果对垂直磁化MRAM位单元的热稳定性具有重要意义。
2011-11-05 cond-mat.mes-hall
Collective Coordinate Models of Domain Wall Motion in Perpendicularly Magnetized Systems under the Spin Hall Effect and Longitudinal Fields
最近对夹在重金属层和氧化物之间的铁磁体异质结构的研究突出了自旋轨道耦合（SOC）和畴壁（DW）运动中的反转对称性破缺的重要性。具体而言，由于Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，手性DW在这些系统中稳定。SOC也可以导致增强的电流诱导DW运动，自旋霍尔效应（SHE）建议作为这种观察的主导机制。SHE驱动DW运动的效率取决于DW的内部磁结构，其可以使用外部施加的纵向面内场来控制。本文利用微磁学模拟和集体坐标模型研究了强垂直磁化样品中电流驱动的DW在纵向面内场作用下的运动。几个扩展的集体坐标模型被开发来再现微磁的结果。虽然这些扩展的模型显示了这种传统模型的改进，但它们与微磁模拟之间仍然存在差异，需要进一步的工作。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall
Quantifying the thermal stability in perpendicularly magnetized ferromagnetic nanodisks with forward flux sampling
纳米结构磁系统的热稳定性是信息存储应用中的一个重要问题。从理论和模拟的角度来看，准确预测热激活转换是一个具有挑战性的问题，因为所需的保留时间是10年的顺序，而岁差磁化动力学的特征时间尺度是纳秒的顺序。在这里，我们提出了一个理论研究的磁性元件的热稳定性的形式的非均匀磁化的铁磁盘使用的前向磁通采样方法，这是有用的模拟罕见的事件。我们演示了如何率的两个均匀磁化的“向上”和“向下”状态之间的热激活切换，发生通过畴壁成核和传播，与界面的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，这会影响分离这些状态的能量势垒的变化。此外，我们发现，平均寿命不同的几个数量级的估计的基础上，通常假设的值为1 GHz的尝试频率。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
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
Offset fields in perpendicularly magnetized tunnel junctions
本文研究了偏置场对垂直磁化隧道结自由层的影响。在扩展膜中，自由层偏移场是通过MgO隧道氧化物与参考层的层间交换耦合而产生的。因此，自由层偏移场伴随着自由层和参考层铁磁共振频率的偏移。位移取决于两个磁化的相互取向。偏移场随隧道氧化物的电阻面积积而减小。将隧道结图案化成STT-MRAM盘形单元实质上改变了偏移场，因为横向尺寸的减小伴随着参考层和硬层产生杂散场。实验偏置场与这些杂散场之和的空间平均值相比效果最好，从而为偏置场工程提供指导。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of dynamical coupling in artificial spin-ice systems by incorporating perpendicularly magnetized ferromagnetic matrix
本文通过数值模拟研究了置于垂直磁化铁磁基体中的方形人工自旋冰系统，发现界面交换作用与偶极耦合共同导致强磁振子-磁振子耦合，且顶点磁化重构可使耦合强度增强近40%，为可重构磁振子学应用提供了新途径。
2024-11-22 cond-mat.mes-hall
Epitaxial Integration of a Perpendicularly Magnetized Ferrimagnetic Metal on a Ferroelectric oxide for Electric-Field Control
铁磁体，它同时具有铁磁体（可检测的磁矩）和反铁磁体（超快自旋动力学）的优点，最近引起了人们的极大关注。在这里，我们报告的优化外延生长的四重垂直磁化的亚铁磁体Mn_2Ga在MgO上。系统地研究了其电输运、磁性质和反常霍尔效应（AHE）。此外，我们成功地集成了高品质的外延铁磁Mn 2 Ga薄膜铁电PMN-PT单晶与MgO缓冲层。结果发现，这种亚铁磁体的AHE可以有效地调制由一个小的电场在一个大的温度范围内以非易失性的方式。因此，这项工作证明了铁磁材料在开发高密度和低功率自旋电子器件方面的巨大潜力。
2021-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics and morphology of chiral magnetic bubbles in perpendicularly magnetized ultra-thin films
利用微磁学模拟方法研究了垂直磁化超薄膜中无序和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的磁泡畴壁动力学。无序作为具有随机分布的尺寸和在边缘处变化的交换常数的颗粒被并入材料中。正如预期的那样，在同时施加面外和面内场的情况下，磁泡沿着面内场的轴不对称地膨胀。值得注意的是，气泡的形状有一个波纹状的部分，这会导致一个扭结状（急剧下降）的功能，在速度与面内场曲线。我们发现，这些波纹起源于垂直布洛赫线的成核和相互作用。此外，我们表明，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用场不是恒定的，而是取决于面内场。我们还扩展了集体坐标模型的磁畴壁运动的磁泡，并比较它与微磁模拟的结果。
2018-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low Gilbert Damping Constant in Perpendicularly Magnetized W/CoFeB/MgO Films with High Thermal Stability
具有低阻尼常数和高热稳定性的永磁材料在实现高密度、非易失性和低功耗的自旋电子器件方面具有巨大的潜力，这些自旋电子器件可以在高处理温度下保持操作可靠性。本文研究了垂直磁化的W/CoFeB/MgO薄膜的Gilbert阻尼常数（α），该薄膜具有高的垂直磁各向异性和优异的热稳定性。用全光时间分辨磁光克尔效应方法测定了不同退火温度下PMA薄膜的α。结果表明，随着退火温度的升高，W/CoFeB/MgO PMA薄膜的α值减小，在350 °C退火时达到最小值α = 0.016，在400 °C退火后，α值增大到0.024。在350 °C下观察到的最小α值是由两个竞争效应合理化的，因为退火温度变得更高：CoFeB层的结晶增强和在CoFeB层的两个界面处发生的死层生长。我们进一步证明，400 ° C退火的W/CoFeB/MgO薄膜的α与300 °C退火的参考Ta/CoFeB/MgO PMA薄膜的α相当，证明了W籽晶CoFeB薄膜的增强的热稳定性。
2017-09-21 cond-mat.mes-hall
Theoretical condition for switching the magnetization in a perpendicularly magnetized ferromagnet via the spin Hall effect
推导了利用自旋霍尔效应实现铁磁体垂直磁化切换的阈值电流的理论公式。的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，磁化切换时实现的电流的存在下的磁化的稳态解是一个能量不稳定的区域之外。在此基础上，通过对不稳定态的一阶微扰的分析，建立了阈值电流的解析理论。该解析式阐明了施加在电流方向上的磁场的大小应大于垂直磁各向异性场的15%，且电流小于导出的阈值。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange stiffness in ultrathin perpendicularly-magnetized CoFeB layers determined using spin wave spectroscopy
我们测量了纳米厚垂直磁化的FeCoB系统中自旋波的频率，并对频率进行建模，以推导出这种材料在磁共振极限下的交换刚度。为此，我们将磁性隧道结中的层图案化为直径范围从100到300 nm的圆形纳米柱，并且我们使用磁阻来确定哪些rf电流频率在填充自旋波模式中是有效的。微磁计算表明，该层的非线性和所使用的大波矢量确保自旋波频率主要由交换刚度决定，使得在给定频率窗口中的模式数可以用于估计交换。对于1 nm层，实验数据与交换刚度A= 20 pJ/m一致，这略低于其本体对应物。交换刚度的厚度依赖性对于涉及具有强磁化梯度的磁性膜及其微磁性描述的许多情况具有强烈的影响。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Collective Coordinate Descriptions of Magnetic Domain Wall Motion in Perpendicularly Magnetized Nanostructures under the Application of In-plane Fields
磁畴壁的操纵可用于改进下一代存储器和感测装置的能力。最近对这种器件感兴趣的材料包括夹在重金属和氧化物之间的铁磁体的异质结构，其中自旋轨道耦合和破缺的反转对称性引起Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction），稳定手性畴壁。这些手性畴壁的运动效率可以使用面内磁场来控制。该性质已被用于测量抗弯强度。虽然微磁模拟能够准确地预测在这些材料中的面内场下的畴壁运动，但是集体坐标模型（诸如$q-ϕ$和$q-ϕ-χ$模型）未能再现微磁结果。在这项理论工作中，我们提出了一套扩展的集体坐标模型，包括在域中的倾斜，更好地再现微磁性的结果，并帮助我们更好地理解面内场对磁畴壁的影响。这些模型与微磁模拟结合使用，以确定观察到的畴壁的运动中的临界点驱动的面外磁场，和电流下的磁面内场。我们的新模型和结果有助于开发基于垂直磁化材料的未来畴壁器件。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall
Dynamics of domain growth driven by dipolar interactions in a perpendicularly magnetized ultrathin film
对垂直磁化的Fe/2 ML Ni/W（110）双金属薄膜的交流磁化率的测量表明，该系统支持的条纹状畴结构中畴生长和畴密度变化的动力学特征是清晰的。在0.20 K/s < R < 0.70 K/s范围内，随着升温速率的增加，磁化率峰向高温移动。使用松弛模型的分析表明，定量的动力学驱动的非平衡域密度在（近）零场（即偶极相互作用），和温度的变化是由于响应时间由局部域壁段的钉扎结构缺陷。由偶极相互作用驱动的畴密度弛豫的基本时间尺度比由外加场驱动的单个巴克豪森步骤的基本时间尺度慢10^5倍。基本时间尺度的增加反映了偶极子和塞曼能量的相对大小，以及需要许多局部畴壁段的相关运动来影响畴生长。
2010-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical spectroscopy of forward volume spin waves in perpendicularly magnetized materials
我们研究了全电感应技术在前向体自旋波光谱研究中的应用潜力。我们开发了一个一维模型来解释电感天线之间的自旋波反射和传输的电签名，并在垂直磁化的Co/Ni多层膜上进行了实验验证。我们描述的天线的几何形状和天线到天线的分离，以及材料参数的感应信号的线形的影响。对于有限阻尼，在波矢量空间中的天线发射的宽带特性迫使考虑到磁化波在其空间传播时的增长的退相干。传输信号可以被看作是由两个贡献产生的：第一个来自传播自旋波，导致宽带传输系数的振荡相位，另一个来自铁磁共振的远距离感应，因为现实天线的远距离杂散场。取决于这两个贡献的相对重要性，传输信号随传播距离的衰减可能不是指数的，并且传播时自旋波相位的振荡特性可能被隐藏。我们的模型及其实验验证允许定义几何和材料规格，以满足使使用前向体自旋波作为有效的信息载体。
2020-01-30 cond-mat.mes-hall
Defect-Correlated Skyrmions and Controllable Generation in Perpendicularly Magnetized CoFeB Ultrathin Films
Skyrmions由于其拓扑自旋结构和迷人的物理特性引起了人们极大的兴趣。Skyrmion相出现在具有Dzyaloshinskiiii-Moriya（DM）相互作用的材料中，在非中心对称材料的界面或体积中。然而，虽然skyrmions实验产生的制造，微观结构，磁化和skyrmions的存在之间的一个关键的内在关系仍然有待建立。在这里，两个系列的CoFeB薄膜与控制原子尺度的结构来揭示这种关系。通过反转的生长顺序，可以人为地调整的缺陷的量，和skyrmions被证明是优先形成在缺陷部位。利用一级反转曲线可以有效地控制返回磁化环中Skyrmions的稳定区和密度，达到各种亚稳态。这些发现建立了从样品制备到skyrmion生成的一般和内在关系，提供了一种通用的方法来控制skyrmion密度。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall
Temperature-Dependent Spin-Orbit Torque Generation in Perpendicularly Magnetized Topological Insulator-Magnetic Multilayer Heterostructures
University of Leeds（利兹大学）
该研究探究垂直磁化拓扑绝缘体-磁性多层异质结的温度依赖自旋轨道转矩，发现含Bi₂Se₃的异质结转矩显著增强，TI衍生的自旋动量锁定电流主导大阻尼类转矩，且受界面结构和缓冲层厚度影响。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall
Material Parameters for Faster Ballistic Switching of an In-plane Magnetized Nanomagnet
本研究通过宏观自旋模拟探索设计材料参数（各向异性常数、饱和磁化强度和Gilbert阻尼常数）以实现面内磁化纳米磁体的高速弹道翻转，发现增大各向异性常数或减小饱和磁化强度可缩短脉冲宽度，且存在最优Gilbert阻尼常数使脉冲宽度最小化。
2023-05-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Accurate calculation of the transverse anisotropy in perpendicularly magnetized multilayers
横向各向异性常数和相关的Döring质量密度是描述磁畴壁运动的一维模型的关键参数。到目前为止，还没有一个通用的框架来确定这些数量的静态表征，如磁力测量。在这里，我们推导出一个通用的解析表达式来计算的横向各向异性常数的重要类别的垂直磁性多层膜。所有所需的输入参数的模型，如重复的数量，一个单一的磁性层的厚度，和层的周期性，以及有效的垂直各向异性，饱和磁化强度，和静态畴壁宽度是可访问的静态样品表征。我们将我们的模型应用到一个广泛使用的多层系统，发现有效的横向各向异性常数是一个因素7时，使用传统的近似不同，显示使用我们的分析方案的重要性。
2015-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Electrical detection in two-terminal perpendicularly magnetized devices via geometric anomalous Nernst effect
该研究通过器件结构工程产生几何反常能斯特效应，在两端Co/Pt垂直磁化自旋轨道转矩器件中实现与磁化相关的电学读出及读写操作。
2024-09-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Energy Barriers for Thermally Activated Magnetization Reversal in Perpendicularly Magnetized Nanodisks in a Transverse Field
针对垂直磁化磁隧道结，研究通过解析与数值计算揭示了横向场下纳米盘热激活磁化反转的能垒机制，发现大直径下非均匀反转主导且过渡态呈S型磁化分布，为设计随机比特流提供了依据。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Domain wall motions in perpendicularly magnetized CoFe/Pd multilayer nanowire
利用反常霍尔效应测量方法研究了600 nm宽的Ta（5 nm）/Pd（5 nm）/[CoFe（0.4 nm）/Pd（1.2 nm）] $_{15}$ /Ta（5 nm）多层膜纳米线中电流诱导畴壁运动.结果表明，在低至1.44 $\times$ × 10 $^{11}$ A·m $^{-2}$的电流密度下，可以驱动DW的运动.从脱钉场对电流的依赖关系中定量地分离了被认为是DW运动有效场的奥斯特场（$H_{Oe}$）和自旋转移矩场（$H_{ST}$）的影响。结果表明，壁的运动基本上是由非绝热性与高的非绝热因子$β$高达0.4。
2014-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-driven magnetization dynamics and their correlation with magnetization configurations in perpendicularly magnetized tunnel junctions
本文研究了垂直磁隧道结中自旋转移矩驱动的磁化动力学，发现自由层和参考层具有相反的频率-磁场色散关系，且在反平行状态下两种自旋波模式共存并出现频率交叉现象，有望促进类脑计算中的自振荡互同步。
2022-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin orbit torque-driven motion of quasi-Bloch domain wall in perpendicularly magnetized W/CoFeB/MgO structure
本文研究垂直磁化 W/CoFeB/MgO 薄膜中自旋轨道矩驱动准布洛赫畴壁的运动特性，通过一维模型与实验结合揭示 SOT 为主要驱动力，并给出阈值电流密度解析表达式，为畴壁器件设计提供指导。
2025-01-06 cond-mat.mes-hall
Dynamical signature of a domain phase transition in a perpendicularly-magnetized ultrathin film
本文用交流磁化率研究了具有垂直各向异性的NiFe/Ni/W（110）薄膜中的畴相。几分钟到几小时的时间尺度上的动力学进行了探讨淬火系统从高温条纹相区，并改变恒定的升温速率作为磁化率的痕迹进行了测量。观察到整个磁化率峰沿温度轴缓慢松弛，峰值温度随着加热速率的降低而增加。这与如果这种缓慢弛豫是由条纹相内的畴密度变化驱动的情况正好相反。相反，数据与用于从高温去除淬火中捕获的图案缺陷和曲率的显著密度的简单模型一致。定量分析证实，弛豫动力学是一致的介观重排所需的领域，以消除图案缺陷，该实验构成了一个“动态”观察的相变从高温，位置无序相的低温，有序的条纹相。
2009-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field control of magnetic states in isolated and dipole-coupled FeGa nanomagnets delineated on a PMN-PT substrate
我们报道了在压电PMN-PT衬底上描绘的椭圆形FeGa纳米磁体中观察到的“非挥发性”逆磁电效应。纳米磁体最初用沿其标称主轴定向的磁场磁化，随后在衬底上施加电场在衬底中产生应变，该应变部分地转移到纳米磁体并将其中一些的磁化旋转到亚稳取向。在磁场被移除后，它们仍然存在，导致“非波动性”。在隔离的纳米磁体中，初始磁化方向和最终磁化方向之间的角间隔< 90度，但是在由一个“硬”纳米磁体和一个“软”纳米磁体组成的偶极耦合对中，由于硬纳米磁体的偶极影响，软纳米磁体的磁化从初始取向旋转> 90度。这些效应可用于超节能逻辑和存储器设备。
2015-06-20 cond-mat.mes-hall
Experimental demonstration of acoustic wave induced magnetization switching of dipole coupled magnetostrictive nanomagnets for ultralow power computing
我们报告纳米磁开关声波（AW）发射的叉指电极，调制的应力各向异性的椭圆形钴纳米磁致伸缩磁体（340 nm × 270 nm × 12 nm）划定的128度Y切割锂的钛酸盐。偶极耦合的纳米磁体对处于单畴状态，并且最初沿着椭圆的长轴磁化，其中它们的磁化彼此平行。具有较低形状各向异性的纳米磁体的磁化在声波传播时发生逆转。此后，这些纳米磁体的磁化保持在反转状态，并表现出非易失性。这将执行“NOT”操作。声波在偶极耦合纳米磁体中引起的磁状态反转的这种证明实现了“非”门操作，这可能导致开发极其节能的纳米磁性逻辑。此外，由于不存在与纳米磁体的单独接触，制造复杂性大大降低，导致较低的能量耗散
2016-06-03 cond-mat.mes-hall
Material developments and domain wall based nanosecond-scale switching process in perpendicularly magnetized STT-MRAM cells
我们调查吉尔伯特阻尼和垂直磁化的FeCoB基自由层嵌入隧道结足够的自旋力矩操作的存储器的磁化开关。研究了MgO / FeCoB /Ta系合金中硼含量对晶化退火后Gilbert阻尼的影响。将硼含量从20%增加到30%提高了结晶温度，从而推迟了自由层内元素扩散的开始。Ta原子的相互扩散的这种减少有助于将吉尔伯特阻尼保持在0.009的低水平，而对各向异性和磁输运性质没有任何损失，直到CMOS后端工艺中所需的400 $^\circ$ C退火。此外，我们表明，组成MgO/FeCoB/Ta/FeCoB/MgO的双MgO自由层具有比它们的MgO/FeCoB/Ta对应物低得多的阻尼，对于3 μ m厚的钽间隔物，达到低至0.0039的阻尼参数。这证实了阻尼的主要通道是FeCoB合金内Ta杂质的存在。在优化的隧道结上，我们研究了自旋转移矩引起的开关事件的持续时间。我们专注于在最佳的应用领域条件下的亚阈值热激活开关。从开关的电气签名，我们推断，一旦成核已经发生，反转进行的畴壁扫过的设备在几个10米/秒。设备越小，切换速度越快。我们提出了一个分析模型来解释我们的研究结果。对于比壁宽大得多的器件，畴壁速度与电流成线性比例。壁速度取决于布洛赫畴壁宽度，使得具有最低交换刚度的器件将是具有最慢迁移率的畴壁的器件。
2017-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single laser pulse induced magnetization switching in in-plane magnetized GdCo alloys
本文研究面内磁化 GdxCo100-x 薄膜的单脉冲全光学螺旋度无关磁化翻转，证明其可在更宽 Gd 浓度和更大厚度范围内实现，并揭示浓度对亚皮秒翻转时间的影响。
2023-08-21 cond-mat.mes-hall
Size-dependence of nanosecond-scale spin-torque switching in perpendicularly magnetized tunnel junctions
我们的时间分辨的自旋转移力矩诱导开关在垂直磁化隧道结的直径从50到250 nm的热激活制度。当磁场和自旋矩同时有利于P到AP的转变时，反转产生单调的电阻斜坡，可以解释为畴壁以17到30 nm/ns的速度通过器件传播;较小的单元因此切换得更快。当电场阻碍P到AP的转换时，在转换之前会进行重复的转换尝试，在此期间电阻会瞬时增加，直到发生成功的反转。在50 nm处，P到AP切换在3 ns内可再现地进行，器件电阻单调增加。在反向转换（AP到P）中，即使在最小的结中也可能有几条反向路径。此外，在纳米尺度下，响应的不均匀性似乎仍然存在，有时在反转期间具有强烈无序的电特征。在100 nm以上的器件中，AP到P的转变之前是AP状态的强不稳定性。在切换到P之前，电阻变得非常激动，在产生具有可变性的电导的缓慢（20-50 ns）不规则增加的路径中。60 nm的未反转气泡可以在最大的结中持续几微秒。AP到P切换的复杂性降低，但不抑制当结的尺寸缩小到60 nm以下。初始AP状态的不稳定性不再被检测到，但其他特征仍然存在。在最小的结（50 nm），我们偶尔会观察到更快（低于1 ns）的开关事件。我们讨论了开关的不对称性和其大小的依赖关系的起源，重点是从参考层，这会影响成核是有利的区域中发出的杂散场的非均匀性的作用。
2016-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Switching the magnetization of magnetostrictive nanomagnets from single-domain to non-volatile vortex states with a surface acoustic wave
我们报道了用从叉指电极发射的表面声波（SAW）操纵在体128° Y切割的钛酸锂上描绘的椭圆形钴磁致伸缩纳米磁体（标称尺寸~ 340 nm x 270 nm x 12 nm）的磁状态。最初被磁化为具有沿着椭圆的长轴指向的磁化的单畴状态的隔离的纳米磁体被调制这些纳米磁体的应力各向异性的表面声波驱动成涡旋状态。纳米磁体保持在涡旋状态，直到它们被强磁场复位到初始单畴状态，使得涡旋状态非易失性。这一现象是建模和解释使用微磁框架，并可能导致非常节能的磁化切换方法的发展。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Ultrathin Magnetic Multilayers at Terraced Topologically Insulating Interfaces for Perpendicularly Magnetized Domains
University of Leeds（利兹大学）；ISIS Neutron and Muon Source, STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC卢瑟福阿普尔顿实验室中子与μ子源）；Diamond Light Source（钻石光源）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文通过优化Bi$_2$Se$_3$/缓冲层/[Pt/CoB/Ru]$_{\times N}$异质结构，实现垂直磁各向异性的均匀性，利用X射线和极化中子反射测量及扫描透射电镜进行表征，发现缓冲层需超过临界厚度以获得稳定的垂直磁化域。
2026-02-09 cond-mat.mes-hall 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
Determination of intrinsic damping of perpendicularly magnetized ultrathin films from time resolved precessional magnetization measurements
磁化动力学的强烈影响阻尼。有效阻尼常数αeff通常由系统被激发到其非平衡态后磁化的自由感应衰减的谱线宽度通过实验确定。然而，这样的αeff既反映了固有阻尼，也反映了非均匀加宽。在本文中，我们比较了测量的磁化强度的动力学在非外延薄膜具有垂直磁各向异性使用两种不同的技术，时间分辨磁光克尔效应（TRMOKE）和混合光电铁磁共振（OFMR）。通过使用一个外部磁场，这是在非常小的角度施加到膜平面中的TRMOKE研究，我们开发了一个明确的封闭形式的解析表达式的TRMOKE光谱线宽，并显示如何可以用来可靠地提取固有的吉尔伯特阻尼常数。用这种方法测得的阻尼常数与用OFMR方法测得的相同样品的阻尼常数非常吻合。我们的研究表明，渐近高场的方法，经常使用的TRMOKE方法，以区分固有的阻尼从有效的阻尼可能会导致显着的错误，因为这样的高外部磁场，需要使这种方法有效，他们是遥不可及的。固有阻尼常数越低，误差越大，因此可以解释TRMOKE研究中经常报告的过高阻尼常数。在传统的铁磁共振（FMR）研究中，非均匀贡献可以很容易地从FMR线宽的磁场依赖性的本征阻尼贡献区分。使用类似的方法，我们展示了如何可靠的固有阻尼值可以从TRMOKE提取。
2015-11-16 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
Double bit in-plane magnetic skyrmions on a track
磁skyrmion通常是指在均匀磁化状态的背景下，由均匀排列的面外自旋包围的扭曲自旋织构。磁性skyrmion的不变性在自旋纹理的任何连续变换下保持其拓扑电荷，导致代表磁性skyrmion的纹理对外部扰动的鲁棒性，使其成为理想的使用skyrmion作为。理想的信息载体需要这样的行为。迄今为止，大多数磁skyrmion研究都集中在垂直磁化系统中，其中skyrmion拓扑数由skyrmion的核心和/或外部垂直磁化方向之间的相对取向决定，要么向上/向下，要么向下/向上。在这里，我们表明，也存在一种新的类型的磁skyrmion周围的自旋是均匀对齐的面内方向。通过对面外skyrmion自旋织构的连续变换和弛豫，我们证明了面内skyrmion也是可能的，其中背景磁化在面内方向。与传统的垂直磁化的Skyrmion不同，具有相反符号拓扑电荷的面内磁Skyrmion可以在面内磁化系统中固有地共存。此外，带相反电荷的面内skyrmions可以在电流作用下一起运动，并表现出相反自旋的霍尔效应。这些发现证明了在垂直磁化系统中不可能实现的单根磁线中双比特传输的内在可能性。
2018-11-30 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
Using rf voltage induced ferromagnetic resonance to study the spin-wave density of states and the Gilbert damping in perpendicularly magnetized disks
我们研究了如何在射频电压感应铁磁共振自旋波共振线的形状可以用来提取自旋波态密度和具有垂直各向异性的纳米隧道结旋进层内的阻尼。我们的工作与沿易轴施加的字段，以保持系统的单轴对称性。我们描述的设置来研究的磁化率贡献的自旋波的场频率空间。然后，我们确定了最大的设备尺寸以上的自旋波不能再孤立地研究，因为它们的响应的线宽使它们重叠。射频电压感应信号是两个电压的总和，具有可比的幅度：第一个电压，源于横向磁化率和磁阻整流和第二个电压，产生于非线性纵向磁化率和所产生的时间平均变化的微磁配置。横向和纵向磁化率信号具有不同的直流偏置依赖性，使得它们可以通过测量器件如何在不同的直流偏置电压下整流射频电压来分离。横向和纵向磁化率信号具有不同的线形;它们的联合研究可以产生具有与标准FMR相比的置信度的设备的自由层的吉尔伯特阻尼。我们的方法是说明基于FeCoB的自由层，其中单独的自旋波可以充分解决只有低于200 nm的磁盘直径。具有90 nm直径的装置上的谐振线形状与0.011的吉尔伯特阻尼一致。0.011的阻尼超过在未图案化的膜上测量的0.008的值，这表明需要器件级测量来正确评估耗散。
2017-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
