Metastable state in a shape-anisotropic single-domain nanomagnet subjected to spin-transfer-torque
我们预测在单轴形状各向异性的单畴纳米磁体中存在一个新的亚稳磁化状态。当一个自旋极化电流，传递一个自旋转移力矩，被注入纳米磁体时，它就出现了。它可以捕获磁化矢量，并防止自旋转移矩从沿易磁化轴的一个稳定状态切换到另一个稳定状态。在一定阈值电流以上，不再出现亚稳态。这对于基于自旋转移矩的磁存储器和逻辑系统具有重要的技术后果。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall
Intrinsic spin orbit torque in a single domain nanomagnet
我们目前的理论研究的内在自旋轨道力矩（SOT）在一个单畴铁磁层与Rashba自旋轨道耦合（SOC）使用非平衡格林函数形式主义的模型哈密顿量。我们发现，在SOC的一阶，本征SOT只有类场的扭矩对称性，可以解释为纵向自旋电流感应的充电电流和Rashba场。我们分析的结果中的电子结构，如带填充，带宽，交换分裂，以及Rashba SOC强度的材料相关的参数。在此基础上，我们讨论了SOT的大小和符号。我们的研究结果表明，在相同的铁磁层与不同的支撑层，如Co/Pt和Co/Ta，SOT的不同的迹象，可以归因于静电掺杂的铁磁层的支持。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sub-Nanosecond Spin-Transfer Torque in an Ensemble of Superparamagnetic-Like Nanomagnets
自旋电流可以在磁性系统上施加自旋转移力矩，即使在极小的净磁化强度的极限下，反铁磁体也是如此。在这里，我们的实验表明，自旋转移力矩是在一个弱的，短程磁序的材料-即，超顺磁性的Co纳米磁体的宏观系综。我们采用元素和时间分辨的X射线铁磁共振（XFMR）光谱直接检测子ns的动力学的Co纳米磁体，通过振荡的自旋电流与锥角$\geq$ 0.003 $^{\circ}$旋进激发。XFMR测量结果表明，随着系综的净力矩的减少，自旋转移力矩的强度相对于磁场力矩的增加。我们的研究结果指出，自旋转移力矩作为一种有效的方式来操纵纳米磁体合奏的状态在亚纳秒的时间尺度。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall
Reply to Comment on "Acoustically assisted spin-transfer-torque switching of nanomagnets: An energy-efficient hybrid writing scheme for non-volatile memory" [Appl. Phys. Lett., 103, 232401 (2013)]
这是对最近在arXiv上发表的关于我们工作的评论的回复。据我们所知，这篇评论没有在其他任何地方发表。我们证明评论中提出的观点是无效的
2015-03-13 cond-mat.mes-hall
Nanomagnetic Logic and Magnetization Switching Dynamics in Spin Torque Majority Gates
自旋力矩多数门建模和几个制度的磁化切换（一些导致故障）被发现。确定了STMG和基于STMG的加法器的开关速度和噪声容限，在80 μ A电流下开关时间为3ns，加法器的计算吞吐量与CMOS加法器相当。
2012-12-19 cond-mat.mes-hall
A reduced model for precessional switching of thin-film nanomagnets under the influence of spin-torque
研究了具有面内磁化的薄膜磁性元件在垂直于薄膜平面的自旋电流作用下的磁化动力学。我们推导出一个减少偏微分方程的面内磁化角在弱阻尼制度。然后，我们应用这个模型来研究实验相关的问题切换的椭圆形元件时，自旋极化有一个组件垂直于膜平面，限制减少模型的宏自旋近似。宏观自旋常微分方程被视为一个弱阻尼哈密顿系统解析，和轨道平均的方法是用来理解的离散动力系统的解决方案的行为的过渡。我们的简化模型的预测进行比较的完整的朗道-Lifshitz-吉尔伯特-Slonczewski方程的宏自旋。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy dissipation and switching delay in spin-transfer torque switching of nanomagnets with low-saturation magnetization in the presence of thermal fluctuations
在形状各向异性单畴纳米磁体的自旋转移矩驱动的磁化切换中减小切换电流和能量耗散的常见策略是采用具有低饱和磁化强度$M_s$和高形状各向异性的磁体。高形状各向异性补偿低$M_s$以保持静态切换错误率恒定。然而，这种策略增加了开关延迟，其在热噪声存在下的方差，以及动态开关错误率。使用随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程与随机转矩仿真热噪声，我们表明，在开关过程中泵入一些多余的自旋极化电流到纳米磁体将保持平均开关延迟和它的方差不变，因为我们减少$M_s$，同时仍然减少能量耗散显着。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall
Theory of atomistic simulation of spin-transfer torque in nanomagnets
在用于技术应用的自旋转移矩（STT）中，磁体的小型化可能达到需要完全量子力学处理的阶段。我们提出了一个STT理论，它使用的纳米磁体的量子宏观自旋基态和激发态（磁振子）。这允许当前电子和纳米磁体之间的能量和角动量交换。我们发展了一种磁化动力学模拟的方法，它捕获的自旋极化电流和温度依赖性的STT在磁体上的加热效果。我们还讨论了静磁效应对薄膜中铁磁弛豫的磁振子散射的影响。我们的工作表明了一个现实的一步，在纳米尺度的磁体量子自旋转移矩物理模拟。
2013-03-07 cond-mat.mes-hall
Stochastic resonance of a nanomagnet excited by spin transfer torque
来自自旋极化电流的自旋转移力矩可以在纳米尺度的金属铁磁体中激发大幅度的磁化动力学。由于纳米磁体的磁各向异性能与热能尺度相当，因此温度可以对由自旋转移矩驱动的纳米磁体的动力学具有深远的影响。在这里，我们报告的观察不寻常类型的微波频率非线性磁化动力学共同激发交替自旋转移力矩和热波动。在这些动力学中，温度放大了磁化强度的GHz范围进动的幅度，并通过弱的交变自旋转移力矩激发磁化强度的高度非线性动态状态。我们解释这些热激活动力学的非绝热随机共振的自旋转移矩驱动的磁化。这种类型的磁随机共振可能会在敏感的纳米级微波信号探测器中找到用途。
2009-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Optimal protocol for spin-orbit torque switching of a perpendicular nanomagnet
它表明，通过最优控制理论的能量成本的自旋-轨道转矩诱导反转的纳米磁体与垂直各向异性可以大大减少通过适当的成形的电流脉冲的两个面内组件。的时间依赖性的最佳开关脉冲，最大限度地减少与焦耳加热相关的能量成本的解析推导出所需的反转时间和材料特性。得到了在开关速度和能量效率之间提供折衷的最佳反转时间。一个甜蜜点之间的平衡的类场和阻尼类组件的自旋轨道扭矩被发现，它允许一个特别有效的开关由下啁啾旋转电流脉冲的持续时间不需要被精确地调整。
2022-03-02 cond-mat.mes-hall
Current induced Spin Torque in a nanomagnet
在纳米磁体（其总自旋S< 1000）中，非常小的极化电流可以导致磁反转。在相同的基础上处理的纳米磁体的传输和磁性连接到磁性引线通过隧道势垒，我们推导出一个封闭的磁化强度的时间演化方程。库仑阻塞现象和磁性之间的相互作用为电流感应自旋力矩提供了一些额外的结构。除了稳定均匀的自旋波的可能性，我们发现，该系统是高度滞后的：多达三个不同的磁状态可以同时稳定在一个区域的参数（磁场和偏置电压）空间。
2005-04-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Thermally activated switching rate of a nanomagnet in the presence of spin torque
研究了面内磁化系统热激活区自旋力矩开关速率与电流的关系。开关速率的对数非线性地依赖于高电流区域中的电流，I_{c} < I < I_{c} ^{*}，其中I_{c}和I_{c} ^{*}是区分磁化稳定性的临界电流。我们还发现，尝试频率在I_{c}附近有一个最小值，并且在I_{c}处的尝试频率比零电流处的尝试频率小三个数量级，这与先前实验分析中假设的它保持恒定相反。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall
Effect of resistance feedback on spin torque-induced switching of nanomagnets
在大磁阻器件中，自旋力矩引起的电阻变化可以产生GHz的电流和电压振荡，这可以影响磁化反转。此外，大电阻器件中的电容分流可以进一步减小电流，从而不利地影响自旋扭矩切换。在这里，我们同时解决的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的自旋力矩和传输线电报员的方程研究的自旋阀和磁性隧道结的磁化反转的电阻反馈和电容的影响。虽然对于自旋阀，由于自旋力矩的饱和，平行（P）到反平行（AP）的切换受到电阻反馈的不利影响，但在低电阻磁性隧道结中，P-AP切换被增强。我们研究了电阻反馈对MTJ的开关时间的影响，并表明磁化开关只受pF范围内的电容分流的影响。
2009-05-15 cond-mat.mes-hall
Experimental Demonstration of an Extreme Sub-Wavelength Nanomagnetic Acoustic Antenna Actuated by Spin-Orbit Torque from a Heavy Metal Nanostrip
一种新型的片上极端亚波长“声天线”，其辐射效率是谐振驱动天线的理论极限的约50倍。该天线由沉积在压电衬底上的磁致伸缩纳米磁体组成。纳米磁体与重金属（Pt）纳米带部分接触。通过纳米带的交流电流的通道在纳米磁体上施加交替的自旋轨道扭矩，并周期性地旋转它们的磁化。在旋转过程中，磁致伸缩纳米磁体膨胀和收缩，从而在下面的压电衬底中建立交替的拉伸和压缩应变。这导致在衬底中产生表面声波，并使纳米磁体组件充当声学天线。该声学天线在检测频率下的测量辐射效率为~ 1%，而波长与天线尺寸之比为~ 67：1。对于以声共振驱动的标准天线，效率将被限制为~（1/67）^2 = 0.02%。通过启动天线，而不是通过声共振，而是通过使用一种完全不同的机制，包括源自Pt中的巨自旋霍尔效应的自旋轨道扭矩，有可能超过该限制（约50倍）。
2020-03-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Current-induced transverse spin wave instability in a thin nanomagnet
我们表明，一个非极化的电流入射垂直于薄铁磁体的平面可以激发自旋波不稳定性横向的电流方向，如果源极和漏极接触不对称。由电流诱导的"自旋转移力矩“驱动的不稳定性仅存在于一个电流方向。
2003-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Torque-Driven Non-uniform Dynamics of an Antivortex Core in Truncated Astroid Shaped Nanomagnets
本研究采用截断星形纳米磁体，通过自旋轨道力矩激发反涡旋核心，实现了高品质因子的GHz振荡，为高频自旋电子器件应用提供了基础。
2025-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic oscillations driven by the spin Hall effect in 3-terminal magnetic tunnel junction devices
我们发现，钽微带中的直流电流可以通过自旋霍尔效应（SHE）的自旋力矩在相邻的纳米磁体中诱导稳态磁振荡。通过接触纳米磁体的磁性隧道结（MTJ）电检测振荡。可以使用MTJ偏置来控制振荡频率以调谐磁各向异性。因此，在该3端器件中，SHE扭矩和MTJ偏置提供了对振荡幅度和频率的独立控制，从而实现了用于开发可调谐自旋扭矩纳米振荡器的新方法。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of Spin Torque in a nanomagnet
我们提出了一个完整的理论自旋力矩现象的超小纳米磁体耦合到非共线铁磁电极通过隧道结。该模型系统可以用一个简单的微观模型来描述，该模型捕捉了自旋电子学的许多物理效应特征：隧穿磁阻、本征和输运诱导的磁弛豫、电流诱导的磁化反转和自旋积累。在相同的基础上处理的磁性和运输自由度，我们到达一个封闭的方程的磁化强度的时间演化。该方程非常接近自旋阀结构中使用的Landau-Lifshitz-Gilbert方程。我们讨论了如何存在的库仑阻塞现象和离散化的单体谱给出了一些额外的功能，电流感应自旋力矩。取决于制度，耦合到电极引起的动态可以被视为自旋扭矩或作为一个松弛过程。除了稳定均匀自旋进动状态的可能性，我们发现，该系统是高度滞后的：多达三个不同的磁状态可以同时稳定在一个区域的参数空间（磁场和偏置电压）。我们还讨论了如何磁阻可以用来提供额外的信息的非平衡峰存在于纳米磁体光谱实验。
2005-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Averaged equation for energy diffusion on a graph reveals bifurcation diagram and thermally assisted reversal times in spin-torque driven nanomagnets
通过自旋极化电流驱动纳米磁体在磁电子学中提供了令人兴奋的前景，但磁体对这种电流的响应仍然知之甚少。我们表明，一个平均方程描述的能量扩散图捕捉这些系统的低阻尼动态。从这个方程中，我们得到的磁铁的分岔图，包括临界电流诱导稳定的旋进状态和磁化翻转，以及在Kramers的标准反应速率理论不再有效的情况下，热辅助磁化反转的平均时间。这些结果与实验观测相吻合，并为具有反转时间有效能垒的Néel-Brown型公式提供了理论基础。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall math.DS
Geometry Effects in Switching of Nanomagnets with Strain: Reliability, Energy Dissipation and Clock Speed in Dipole-Coupled Nanomagnetic Logic
应变时钟偶极耦合纳米磁逻辑是一种节能的布尔逻辑范例，其进展一直受到其高错误率倾向的阻碍。为了缓解这个问题，我们研究了纳米磁体几何形状对错误率的影响，重点是椭圆形和圆柱形几何形状。我们以前曾报道过，在切换过程中的磁化矢量的平面外偏移产生了一个旋进扭矩，这是负责高切换错误概率在椭圆形纳米磁体几何形状。圆柱形磁体中没有这种扭矩预示着较低的错误率，但我们的模拟表明，与椭圆形磁体相比，错误率实际上没有显著改善，而切换变得不可接受地慢。在这里，我们表明，与CMOS器件相比，偶极耦合纳米磁逻辑可以提供相对较高的可靠性（切换错误概率< 10^-8）、中等的时钟速度（~ 100 MHz）和2-3个数量级的节能，前提是磁体的形状各向异性能垒增加到至少~5.5 eV，以允许在相邻纳米磁体之间设计更强的偶极耦合。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
Experimental Clocking of Nanomagnets with Strain for Ultra Low Power Boolean Logic
布尔逻辑[1，2]的纳米磁性实现已经引起了人们的关注，因为它们的非易失性和前所未有的能源效率的潜力。不幸的是，当纳米磁体用磁场[3]或自旋转移矩[4]切换时发生的大的耗散损耗抑制了所承诺的能量效率。最近，已经有利用自旋霍尔效应切换磁体的实验报告[5-7]，以及单畴磁致伸缩纳米磁体的应变诱导切换的理论建议[8-12]，其可以显著降低耗散损耗。在这里，我们证明，第一次，应变诱导开关的单畴磁致伸缩纳米磁体的横向尺寸~200 nm的压电基板上制作的可以实现纳米磁性布尔非门和单向位信息传播偶极耦合纳米磁体链。这预示着超低能耗逻辑处理器和移动电子产品可能能够仅通过从环境中收集能量而无需电池来运行。
2015-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Parametric mechanism of the magnetization reversal as a low-power recording mechanism for MRAM. Measurement of spin-accumulation-induced in-plane magnetic field in a FeB nanomagnet
该研究提出参数力矩作为MRAM的低功耗记录机制，通过实验测量FeB纳米磁体中自旋积累诱导的面内磁场（25 mA/μm²时约40高斯），并解析计算验证其可实现低电流磁化反转，助力MRAM高效运行。
2025-04-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Correlated fluctuations in spin orbit torque-coupled perpendicular nanomagnets
低势垒纳米磁体作为高质量真随机数产生的源吸引了大量的研究兴趣。最近，具有可调输出的低势垒纳米磁体已被证明是用于非常规计算范例（诸如概率自旋逻辑）的自然硬件平台。高质量随机比特的有效生成和可调谐性对于这些新颖应用是至关重要的。然而，目前的自旋电子随机数发生器是基于超顺磁性隧道结（SMTJ）的可调谐性通过自旋转移矩（STT），这必然导致在设计级联网络使用这两个终端设备的挑战。利用自旋轨道力矩（SOT）的最近发展允许三端子器件设计，但只能自由地调谐面内磁化，这由于需要克服大的退磁场而不是非常节能。在这项工作中，我们实验证明了第一次，随机设备与垂直磁各向异性（PMA），是完全可调的SOT没有任何外部磁场的帮助。我们的测量使我们假设，倾斜的各向异性可能是负责所观察到的可调谐性。我们进行随机Landau-Lifshitz-Gilbert（sLLG）模拟，以确认我们的实验观察。最后，我们建立了一个电耦合网络的两个这样的随机纳米磁体为基础的设备，并证明有限的相关性或反相关性可以建立在它们的输出波动之间的弱互连，尽管有很大的差异，在其自然波动的时间尺度。基于新开发的低势垒纳米磁体组成的自主电路的动力学模型的模拟结果与实验结果吻合。
2019-10-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Specific absorption rate of uniaxial single-domain nanomagnets: stochastic spin dynamics versus linear response theory
Laboratoire PROMES, CNRS (UPR 8521) & Université de Perpignan Via Domitia（普罗梅斯实验室，法国国家科学研究中心（UPR 8521）与佩皮尼昂地中海大学）
通过随机朗之万方程和线性响应理论计算单轴单畴纳米磁体的比吸收率，发现两者在低场下等价，但偏离程度由ωτ_N和ξ共同决定，线性响应理论在共振上（ωτ_N>1）可能低估比吸收率高达70%。
2026-11-06 cond-mat.mes-hall
Template nanowires for spintronics applications: nanomagnet microwave resonators functioning in zero applied magnetic field
为了将自旋电子学的概念应用到实际的工业应用中，需要在零外加磁场下工作的低成本自旋电子器件。在这里，我们提出了第一个微波测量纳米磁体设备内的多孔膜电沉积制造。本文详细讨论了一种由三块纳米磁体组成的微波谐振腔，该谐振腔工作在零外磁场中。通过施加特定频率的微波信号，中间纳米磁体的磁化经历铁磁共振（FMR），并且该器件输出可测量的直流电流（自旋扭矩二极管效应）。或者，纳米器件可以用作在零场中起作用的微波振荡器。为了在微波频率下测试谐振器，我们开发了一种简单的测量装置。
2008-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Subnanosecond Fluctuations in Low-Barrier Nanomagnets
由于热转矩引起的快速磁波动具有从密码学到概率计算的有用的技术功能。到目前为止研究的典型单轴各向异性磁体中波动的特征时间由众所周知的能量弛豫机制从下面限定。该时间尺度为$α^{-1}$，其中$α$参数化耗散过程的强度。在这里，我们从理论上分析了易平面和反铁磁耦合纳米磁体的波动动力学。我们发现，在这样的磁铁，动态的强烈影响波动的内磁场，从而产生一个额外的去相位型机制冲洗相关性。特别是，我们建立了两个时间尺度来表征波动（i）纳米磁体反转的平均时间|其对于低阻尼的实验相关制度主要由移相控制并且变得独立于$α$，（ii）单个纳米磁体的记忆丧失的时间尺度|其缩放为$α^{-1/3}$，并由能量耗散和失相机制的组合控制。对于典型的实验可访问的值的固有字段，所得到的热波动率增加了多个数量级相比，仅由单轴磁铁的能量弛豫机制的约束集。这可能导致利用磁波动的新兴设备的更高操作速度。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall
Magnetization reversal condition for a nanomagnet within a rotating magnetic field
从Landau-Lifshitz-Gilbert方程出发，研究了微波旋转磁场作用下纳米磁体的磁化反转条件。在旋转坐标系中，微波产生指向相反方向的直流磁场，其在能量上稳定了反转状态。我们发现，微波同时产生一个扭矩防止逆转。它指出，该扭矩导致在反转字段中的频率的跳跃。我们推导出的方程，确定在低和高频率区域的能量平衡方程的反转字段。通过与Landau-Lifshitz-Gilbert方程数值模拟结果的比较，验证了公式的正确性.
2014-07-26 cond-mat.mes-hall
Optimal time-dependent polarized current pattern for fast domain wall propagation in nanowires: Exact solutions for biaxial and uniaxial anisotropies
纳米磁学中的一个重要问题是降低技术上有用的畴壁（DW）传播速度所需的电流。基于修正的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程，同时考虑了Slonczewski自旋转移矩和类场矩，推导了DW沿纳米线快速传输的最佳自旋电流模式.在这样的条件下，DW的速度在双轴线可以提高多达十倍的速度相比，在实验中取得的。此外，自旋极化的快速变化可以帮助DW脱钉。可能的实验实现进行了讨论。
2010-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bennett clocking of nanomagnetic logic using electrically induced rotation of magnetization in multiferroic single-domain nanomagnets
作者表明，它是可能的旋转的多铁性（应变耦合两层磁致伸缩压电）纳米磁体的磁化由一个大的角度与一个小的静电势。这可以在纳米磁性逻辑阵列中实现Bennett计时，导致逻辑位从一个级到另一个级的单向传播。这种贝内特计时方法优于使用自旋转移力矩或局部磁场进行磁化旋转。对于现实的参数，它示出了施加到多铁性纳米磁体的~ 0.2 V的电势可以将其磁化旋转近900以实现贝内特时钟。
2010-05-28 cond-mat.mes-hall
Manipulating quantum impurity spins via dynamical modes of nanomagnets
量子杂质（QI）自旋通过利用高达室温的量子相干性提供有前途的信息处理和传感应用。由于设计局部相干驱动器和提高对此类应用的各种信号的灵敏度的要求，将QI自旋与物质激发耦合的混合系统的研究最近引起了极大的兴趣。我们提出并从理论上研究了一个混合系统，耦合自旋-1 QI与纳米磁体的动力学激发，这是由经典自旋电子学中发现的机制控制。我们表明，在这样的系统中的QI自旋退相干，由于耦合到纳米磁体的热激发模式，可以设计在很宽的范围内，通过利用纳米磁体的模式椭圆率和手性性质的QI自旋和纳米磁体之间的耦合控制。另一方面，当通过电压感应扭矩电激活时，我们证明了QI自旋可以在室温下通过利用纳米磁体的固有非线性进动模式以大品质因数相干地驱动。我们的研究结果为实现独特的量子自旋电子学功能提供了理论指导，例如QI自旋的局部相干驱动到环境条件，以及纳米磁体增强的基于QI的混合传感器的设计。
2022-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Insulating nanomagnets driven by spin torque
磁性绝缘体，例如钇铁石榴石（Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$），由于其低能量耗散和有效的自旋电流产生和传输，是用于超低功率自旋电子学应用的理想材料。最近，人们已经认识到，自旋霍尔效应可以非常有效地驱动微米尺寸的Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt异质结构中的自旋动力学。我们在这里演示的Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt纳米线的自旋动力学的自旋力矩铁磁共振的激发和检测。通过电子束光刻限定的纳米线通过常规室温溅射沉积在Gd $_3$ Ga $_5$ O $_{12 }$衬底上并剥离来制造。我们观察到类场和反阻尼类扭矩作用于磁化进动，这是由于同时激励奥斯特场和自旋霍尔扭矩。在宽的频率和功率范围内对Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt纳米线进行了彻底的研究。我们观察到一个大的变化，在高微波功率的谐振场，这是由于减少有效磁化，由于微波吸收。这些加热效应在所研究的纳米结构中比在可比的微米尺寸的样品中显著得多。通过比较不同的纳米线宽度，磁化动力学的几何约束的重要性变得显而易见：量子化的自旋波模式的宽度的线中观察到的光谱。我们的研究结果是实现基于绝缘体的集成磁振子逻辑器件的第一块垫脚石，其中纳米磁体发挥着至关重要的作用。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Current-induced magnetization control in dipolar-coupled nanomagnet pairs and artificial spin ice
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences（保罗谢尔研究所中子与μ子科学中心）；University of Salamanca（萨拉曼卡大学）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）
研究通过电流诱导自旋轨道扭矩控制纳米磁体磁化方向，揭示电流方向与磁体取向关系对切换阈值的影响，为可编程磁控提供新方法。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall
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
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
Reservoir computing with dipole-coupled nanomagnets
基于偶极耦合纳米磁体的储备池计算的可行性使用微磁模拟被证明。储层由2x 10纳米磁体阵列组成。纳米磁体的静态磁化方向被用作储层状态。为了更新这些状态，我们根据单个位顺序信号改变一个纳米磁体的磁化强度。我们还使用电压诱导的磁各向异性变化来改变其他纳米磁体的单轴各向异性，以增强信息流、存储和线性/非线性计算。执行具有AND、OR和XOR运算的二进制任务以评估磁性阵列储层的性能。发现可训练的并行计算输出矩阵可以执行AND、OR和XOR运算，输入延迟高达3位。
2019-02-14 cond-mat.mes-hall cs.ET
Nonequilibrium effects in spin-torque oscillators
本研究通过非平衡Keldysh模型揭示自旋弛豫对自旋扭矩振荡器磁化进动的影响，发现弛豫强度决定持续进动是否允许及其功率-电压非线性关系，强调弛豫机制理解的重要性。
2025-01-21 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
Voltage-Controlled Low-Energy Switching of Nanomagnets through Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida Interactions for Magnetoelectric Device Applications
在这封信中，我们认为通过模拟Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）之间的相互作用坐在导电表面上的纳米磁体，和电压控制的门控的低能量开关的纳米磁体可能的存储器和非易失性逻辑应用。对于特异性，我们考虑纳米磁体与垂直各向异性的三维拓扑绝缘体。我们通过耦合到一个或多个纳米磁体的设置方向的RKKY为基础的切换一个纳米磁体的可能性和动力学建模。存储器和非易失性逻辑的应用被认为是，与跟随器，反相器和多数门功能。亚阿焦耳开关能量，远远低于传统的自旋转移矩（STT）为基础的存储器，甚至低于CMOS逻辑出现可能的。开关时间的顺序为几纳秒，相当于时间STT开关，估计铁磁纳米磁体。
2016-03-18 cond-mat.mes-hall
Energy-efficient mixed mode switching of a multiferroic nanomagnet for logic and memory
在磁性存储器和逻辑器件中，磁体的磁化通常利用传递自旋转移力矩（STT）的自旋极化电流来翻转。这种切换模式消耗太多的能量，并且通过使用利用STT和利用电压（VGS）产生的机械应力的组合切换的多铁性纳米磁体可以产生相当大的能量节省。VGS模式比STT消耗更少的能量，但不能将磁化旋转超过90？，从而需要两种模式的组合来进行节能切换。
2010-12-03 cond-mat.mes-hall
Spin-torque driven magnetic vortex self-oscillations in perpendicular magnetic fields
我们采用完整的微磁学模拟分析直流电流驱动的自旋阀纳米柱中的涡核在垂直场的自振荡，包括自旋扭矩和自洽计算的整个自旋阀的静磁场的耦合效应。较厚的纳米磁体中的涡旋沿着准椭圆形轨迹移动，该轨迹随着施加的电流而扩展，导致频率的蓝移，而较薄的纳米磁体的磁化由于偏置电流而不均匀。模拟解释了实验的磁阻场磁滞回线，并产生良好的协议与测量的频率与电流的行为，这种自旋扭矩涡旋振荡器。
2010-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Non-linear spin torque, pumping and cooling in superconductor/ferromagnet systems
我们研究了动态磁化的金属纳米磁体与含有稳定自旋分裂场的超导体耦合的异质结构中磁化动力学和电子自由度之间的耦合效应。我们预测这个系统如何表现出非线性的自旋扭矩，它可以被驱动，无论是在界面上的温度差或电压。我们推广这一概念的任意磁化进动推导Keldysh行动的接口，描述耦合的电荷，热量和自旋运输中存在的旋进磁化。我们描述了超导性对旋进阻尼和反阻尼力矩的影响。我们还预测了完整的非线性特性的Onsager对应的扭矩，显示通过泵送的电荷和热流。对于后者，我们预测自旋泵冷却效应，磁化动力学可以冷却纳米磁体或超导体。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall
Nanomagnet coupled to quantum spin Hall edge: An adiabatic quantum motor
耦合到量子自旋霍尔边缘的磁性岛的旋进磁化沿着边缘泵送电荷。相反，施加到边缘的偏置电压使磁化进动。我们指出，该装置实现了绝热量子马达，并讨论了其操作的效率的基础上的散射矩阵方法类似于Landauer-B“uttiker理论。散射理论提供了一个微观推导的朗道-Lifshitz-吉尔伯特方程的磁化动力学的设备，包括自旋转移扭矩，吉尔伯特阻尼，和朗之万扭矩。我们发现，该设备可以被看作是一个无刷电机，达到单位效率时，边缘状态的化学势落入磁化诱导的差距。对于更一般的参数，我们的装置的特点是通过一个数字的优点类似于热电的ZT值。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall
Chaos in nanomagnet via feedback current
本文用数值方法和解析方法研究了自旋转移效应和反馈电流激励下的非线性磁化动力学。对Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，在一定的反馈速率范围内，系统的李雅普诺夫指数为正，表明纳米结构铁磁体中存在混沌.在反馈参数的另一个范围内，也观察到了从混沌到稳态振荡的瞬态行为。一个分析的理论也被开发，这表明在相空间中的多个吸引子的外观，由于反馈电流。自旋转移力矩和阻尼力矩之间的瞬时不平衡引起吸引子之间的过渡，并导致复杂的动力学。
2019-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other nlin.AO
Ultra-low-energy computing paradigm using giant spin Hall devices
自旋霍尔效应将电荷电流转换为自旋电流，自旋电流可以施加自旋力矩来切换纳米磁体的磁化。最近，它表明，使用自旋霍尔效应的自旋电流与充电电流的比率可以通过明智地使用面积几何形状超过1，不同于传统的纳米磁体的自旋转移矩开关的情况。这可以使节能手段写入纳米磁体中的信息位。在这里，我们研究了这种自旋霍尔器件的能量耗散。通过求解随机Landau-Lifshitz-Gilbert磁化动力学方程，提出了一种在减小自旋霍尔器件横向尺寸的同时，减小开关延迟及其方差和能量耗散的方法.
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Microscopic Theory for the Markovian Decay of Magnetization Fluctuations in Nanomagnets
我们提出了一个微观理论的声子驱动的衰减的磁化强度波动在一个广泛的类的纳米磁体，其中的主导能量是由各向同性交换和/或单轴各向异性。基于Zwanzig-Mori投影形式主义，该理论揭示了磁化涨落由一个单一的衰减率$ω_c$，我们进一步确定与相关的自能的零频率部分。从剩余的慢自由度的动态解耦归因于守恒定律和能谱的离散性，并解释了几十年来无所不在的单指数衰减的磁化强度，如实验所观察到的。一个物理上透明的解析表达式$ω_c$的推导，突出了三个具体的机制，迄今为止已知的纳米磁体的减速效果。
2007-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Non-Hermitian coherent coupling of nanomagnets by exchange spin waves
近年来，非厄米物理在光学和光子学中引起了广泛的关注。较少探索的是非厄米磁振子，它提供了利用磁振子或自旋波在磁性系统中不可避免的耗散的机会。在这里，我们展示了两个遥远的纳米磁体的非厄米相干耦合的快速自旋波与子50 nm波长。两个纳米磁体中的磁振子是单向锁相的，其相移由磁振子自旋力矩和自旋波传播控制。我们的研究结果是有吸引力的模拟神经形态计算，需要单向信息传输。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall
Giant resonant nonlinear damping in nanoscale ferromagnets
磁阻尼是基于磁性纳米颗粒的新兴技术的关键指标，例如自旋扭矩存储器和高分辨率生物磁成像。尽管它的重要性，在纳米级铁磁体的磁耗散的理解仍然难以捉摸，阻尼往往被视为一个现象学常数。在这里，我们报告的发现，一个巨大的频率依赖性的非线性阻尼，强烈地改变了纳米铁磁体的自旋扭矩和微波磁场的响应。这种新颖的阻尼机制起源于三磁振子散射，该散射通过磁振子在纳米磁体中的几何限制而强烈增强。我们发现，巨大的非线性阻尼可以反转自旋扭矩的影响，导致一个令人惊讶的电流引起的增强阻尼的antidamping扭矩的纳米磁体。我们的工作推进了对纳米铁磁体和自旋扭矩器件中磁动力学的理解。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall
Quantum Dynamics of a Nanomagnet driven by Spin-Polarized Current
纳米磁体的磁化动力学的量子理论是每个电子自旋与磁化的宏观自旋状态的散射序列，导致每次遇到与电子的每个外出状态相关联的磁化反冲状态的概率分布。自旋转移力矩的经典结果和波动引起的量子磁化噪声和可追溯到电流噪声的附加噪声。
2011-06-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin orbit torque controlled stochastic oscillators with synchronization and frequency tunability
本文提出低能垒纳米磁体随机振荡器，利用自旋轨道矩实现对微弱周期驱动的相位同步，并通过电反馈调节同步频率，且同步电流远低于确定性开关电流。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall
Spin torque switching with the giant spin Hall effect of tantalum
我们报道了β-Ta中的巨大自旋霍尔效应（SHE），其产生的自旋电流足够强，以诱导铁磁体的有效自旋转移矩切换，从而提供了一种新的控制磁性器件的方法，该方法可以优于现有技术。我们量化这SHE由三个独立的方法，并证明自旋扭矩（ST）开关的面外和面内磁化层。我们实现了一个三端设备，利用电流通过一个低阻抗Ta-铁磁体双层的纳米磁体的效果切换，具有较高的阻抗的磁性隧道结读出。这种器件的效率和可靠性，以及其制造的简单性，表明这种三端SHE-ST设计可以消除目前阻碍磁存储器和非易失性自旋逻辑技术发展的主要障碍。
2012-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of nanomagnetic switching at a 3D Topological Insulator PN junction
在狄拉克锥系统内设计的pn结用作基于克莱因隧穿的门可调谐角滤波器。对于具有显著带隙的3D拓扑绝缘体，由于自旋-动量锁定和动量过滤的双重效应，这样的过滤器可以产生电荷到自旋的转换。我们分析了如何在平面拓扑绝缘体PN结（TIPNJ）过滤自旋与纳米磁体相互作用，并认为，本征电荷到自旋转换不转化为外部增益，如果纳米磁体也作为源极接触。无论纳米磁体的位置如何，在TIPNJ上产生的自旋扭矩都受到表面电流密度的限制，而表面电流密度又受到体带隙的限制。{使用量子动力学模型，我们计算了空间变化的自旋势，并量化了电流与外加偏压的局部化}。此外，与一个软纳米磁体的磁动力学模拟，我们表明，PN结可以提供一个关键的纳米磁体的开关概率的栅极可调谐性，在概率神经形态计算的潜在应用。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque driven chiral magnetization reversal in ultrathin nanostructures
我们表明，自旋-轨道力矩诱导的磁化翻转在纳米磁体呈现Dzyaloshinskiii-Moriya（Dzyaloshinskiii-Moriya）相互作用是由在边缘的手性域成核。形核是由外加面内磁场和畴壁扩展引起的。我们的微磁模拟表明，直流开关电流可以被定义为边缘成核电流，它强烈地减少与振幅的增加的双稳。这种描述使我们能够建立一个简单的分析模型，定量预测开关电流。我们发现，域成核发生下降到15 nm的横向尺寸，定义的长度尺度的反转机制，超过该反转机制接近宏观自旋行为。开关是确定性的和双极性的。
2015-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
