Voltage Controlled Energy Efficient Domain Wall Synapses with Stochastic Distribution of Quantized Weights in the Presence of Thermal Noise and Edge Roughness
我们提出了对压电衬底上垂直磁化纳米级赛道中的畴壁（DW）进行节能应变控制，可以实现用于神经形态计算平台的多态突触。结合从SOT到在重金属层中流动的电流，通过在压电体两端施加电压来产生应变。这样的应变被机械地传递到跑道并调节周向磁各向异性（PMA）。当施加不同的电压（即，生成不同的应变）时，它可以针对实现不同突触权重的相同电流将DW转换为不同的距离。我们已经表明，使用微磁模拟，5状态和3状态的突触可以实现在一个赛道，自然的边缘粗糙度和室温热噪声建模。这种应变控制的突触具有几个fJ的能量消耗，因此对于实现节能的量化神经网络非常有吸引力，最近已经表明，其实现了与全精度神经网络几乎等同的分类精度。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Voltage Manipulation of MgO-based Magnetic Tunnel Junctions via Localized Anisotropic Strain: a Potential Pathway to Ultra-Energy-Efficient Memory Technology
在压电/铁磁系统中，应变介导的磁化电压控制是实现节能自旋电子存储器件的一种有前途的机制。在这里，我们展示了巨大的电压操纵的MgO磁性隧道结（MTJ）上的Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）0.7Ti 0.3O3（PMN-PT）压电基板（001）取向。据发现，磁易轴，开关场，和隧道磁阻（TMR）的MTJ可以有效地控制应变从下面的压电层时，施加的栅极电压。可重复的电压控制的MTJ之间的高/低电阻状态的切换被证明。更重要的是，而不是依赖于压电基板的固有各向异性，以产生所需的应变，我们利用各向异性应变产生的局部选通方案，这是可扩展的，并服从实际的存储器应用。另外，在压电层上采用基于晶体MgO的MTJ使其本身在应变介导MRAM器件中具有高TMR。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall
Hybrid straintronics and voltage-controlled-magnetic-anisotropy: Precessional switching of a perpendicular anisotropy magneto-tunneling junction without a magnetic field
我们提出了一种全电实现的进动切换的垂直磁各向异性磁隧道结（p-MTJ）为基础的触发存储器单元，其中数据写入电压控制的磁各向异性（VCMA），而不需要在平面内的磁场。MTJ的软层是两相（磁致伸缩/压电）多铁性的，其被电加应力以产生有效的平面内磁场，当独立地调节VCMA电压脉冲持续时间和应力持续时间以获得高切换概率时，磁化围绕该平面内磁场旋进以完成翻转。设计了一种与交叉结构兼容的高密度双端节能电池。
2017-03-27 cond-mat.mes-hall
Manipulation of magnetic topological textures via perpendicular strain and polarization in van der Waals magnetoelectric heterostructure
本文通过第一性原理计算和原子级模拟，在范德华磁电CrISe/In2Se3异质结构中利用垂直应变或电场，在无外磁场条件下实现了斯格明子/双半子的产生、湮灭、转换、尺寸调控及磁化翻转，并揭示了强Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和可调磁各向异性能的关键作用。
2023-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-volatile voltage control of magnetization and magnetic domain walls in magnetostrictive epitaxial thin films
我们证明了可再现的电压诱导的非易失性开关的磁化外延薄Fe 81 Ga 19膜。开关是在室温下诱导的，没有外部磁场的帮助。这是通过由附接到层的压电换能器引起的机械应变来修改磁各向异性来实现的。外延Fe81Ga19被证明具有良好的立方磁各向异性和大磁致伸缩的组合，以实现这一功能与实验可访问的应变水平。磁化的切换通过磁畴壁的运动进行，也由电压感应应变控制。
2012-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of bias voltage and tunneling current in the perpendicular displacements of freestanding graphene via scanning tunneling microscopy
采用扫描隧道显微镜（STM）系统地测量了独立石墨烯的位移随外加偏压和隧穿电流设定值的变化。当偏置电压增加时，石墨烯接近STM尖端，而另一方面，当隧穿电流增加时，石墨烯从STM尖端收缩。为了理解偏置电压的作用，我们定量地模拟使用静电的尖端和样品之间的吸引力。对于隧穿电流，我们定性地使用熵的概念模型的石墨烯的收缩。这些互补的结果增强了对彼此的理解，并突出了系统的特点。
2015-01-22 cond-mat.mes-hall
Impact of Strain on Drain Current and Threshold Voltage of Nanoscale Double Gate Tunnel Field Effect Transistor: Theoretical Investigation and Analysis
隧道场效应晶体管（TFET）器件是有吸引力的，因为它们表现出良好的可扩展性并且具有非常低的漏电流。然而，它们具有低导通电流和高阈值电压的缺点。为了将TFET用于电路应用，需要解决这些问题。本文提出了一种新型横向应变双栅TFET（SDGTFET）。利用器件模拟，我们表明，SDGTFET具有较高的导通电流，低泄漏，低阈值电压，良好的亚阈值斜率，和良好的短沟道效应，也符合重要的ITRS准则。
2010-08-21 cond-mat.mes-hall
Resistive Switching and Voltage Induced Modulation of Tunneling Magnetoresistance in Nanosized Perpendicular Organic Spin Valves
制备了纳米尺度的多功能垂直有机自旋阀。基于La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$ /Alq $_3$ /Co三层的器件显示高达4-5个数量级的电阻转换和高达~ 70%的磁阻，当施加电压脉冲时，后者甚至改变符号。这种现象的组合通常在多铁性隧道结中观察到，其中它归因于铁磁体和铁电材料之间的磁电耦合。模拟表明，这里的开关起源于La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$表面的改性。这种改性影响了载流子的隧穿，从而影响了在有机层中的针孔处发生的电阻和隧穿磁阻。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall
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
Dynamics of the hysteretic voltage-induced torsional strain in tantalum trisulfide
我们已经研究了如何滞后电压诱导扭转应变，与电荷密度波脱钉，在正交三硫化钽取决于不同频率和振幅的方波和三角波电压。应变的测量方法是将样品放入一个射频腔中，并测量腔的调制响应，样品中心粘有一根导线作为传感器。从三角波，我们映射出的磁滞回线的时间依赖性，并发现磁滞回线加宽的周期小于30秒的波。方波响应表明，对正电压和负电压的动态响应可能完全不同。总的频率依赖性是弛豫的，但具有多个弛豫时间，其通常随着电压的增加而减小。详细的动态响应是非常样品依赖性，这表明它取决于详细的CDW与样品缺陷的相互作用。
2010-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Bidirectional switching assisted by interlayer exchange coupling in asymmetric magnetic tunnel junctions
研究了自旋转移矩、层间交换耦合电压调制和磁各向异性对垂直磁性隧道结（p-MTJ）开关行为的综合影响。在非对称p-MTJ中，层间交换耦合的线性电压依赖性使得有效垂直各向异性势垒对于两个电压极性都降低。这种机制被证明是降低临界开关电流和有效激活能。最后，我们分析了通过层间交换耦合开关的可能性。
2020-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An analog ac voltage amplifier based on a single straintronic magnetic tunnel junction
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）
提出利用应变磁隧道结（s-MTJ）的线性电导-电压特性实现模拟电压放大，放大倍数可由外部电源电压调节，并分析了无失真放大的输入信号幅度和频率限制。
2026-07-02 cond-mat.mes-hall eess.SP
Piezoelectric control of the magnetic anisotropy via interface strain coupling in a composite multiferroic structure
本文从理论上研究了通过应变介导的磁电相互作用耦合的铁电/铁磁异质结构中的磁动力学。我们预测一个电场诱导的磁开关在垂直于磁晶易轴的平面，并追溯到这种效果的压电控制的磁弹性耦合。我们还研究了剩磁和电矫顽力。
2012-05-02 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
Current-voltage (I-V) characteristics of armchair graphene nanoribbons under uniaxial strain
采用第一性原理量子输运计算方法研究了扶手椅型石墨烯纳米带在局部单轴拉伸下的电流-电压特性。结果表明，对于一个给定的偏置电压值，产生的电流强烈地依赖于所施加的张力。所观察到的趋势被解释的纳米带的带隙的变化，由于施加的单轴张力的装置。在塑性形变过程中，石墨烯片的不可逆结构变化和碳单原子链的衍生可以通过双探针输运测量来监测。
2010-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Impact of gate voltage on switching field of perpendicular magnetic tunnel junctions with a synthetic antiferromagnetic free layer
Interuniversity Microelectronics Center (IMEC)（微电子研究中心）；Katholieke Universiteit Leuven（鲁汶大学）；Universiteit Antwerpen（安特卫普大学）
研究通过微磁模拟和实验探讨门电压辅助场开关在具有合成反铁磁自由层的垂直磁隧道结中的影响，揭示了局部调制垂直磁各向异性对开关特性的影响，并分析了电压控制磁各向异性在高电阻-面积产品器件中的主导作用。
2026-04-01 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
Microwave-induced magnetooscillations and signatures of zero-resistance states in phonon-drag voltage in two-dimensional electron systems
我们在垂直磁场中的二维电子气中观察到了微波辐射下与电阻振荡相关的声子拖曳电压振荡。这一现象的解释由微波的声子拖曳电压垂直于声子通量的耗散电阻率的影响。当最低阶电阻极小值演变为零电阻状态时，声子拖曳电压表现出尖锐的特征，表明与这些状态相关的电流域可以在没有外部直流驱动的情况下存在。
2015-11-24 cond-mat.mes-hall
Experimental demonstration of complete 180 degree reversal of magnetization in isolated Co-nanomagnets on a PMN-PT substrate with voltage generated strain
用电压产生的应力/应变旋转形状各向异性磁致伸缩纳米磁体的磁化比大多数其他磁化旋转方案消耗少得多的能量，但是其在非易失性磁存储器中写入位的应用受到应力/应变基本上不能将磁化旋转完整180度的阻碍。通常，应力/应变可以使形状各向异性的椭圆形纳米磁体的磁化旋转仅高达90度，导致不完全的磁化反转。最近，我们预测，沿着与椭圆形纳米磁体的长轴或短轴不共线的两个不同轴顺序施加单轴应力将使磁化旋转整整180度。在这里，我们在室温下在椭圆形Co纳米磁体（在压电衬底上制造）中演示了这种完整的180度旋转。这两个应力通过顺序地向放置在衬底上的两对短路电极施加电压来产生，使得连接一对中的电极的中心的线以约+30度与纳米磁体的主轴相交，并且连接另一对中的电极的中心的线以约-30度相交。已经进行了有限元分析，以确定当一对或两对电极被激活时纳米磁体下方的应力分布，并且这已经近似地并入磁化动力学的微磁模拟中，以确认所产生的应力可以产生所观察到的磁化旋转。这一结果预示着一种极其节能的非易失性“应变”存储器技术，该技术基于在具有电产生应力的纳米磁体中写入位。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall
Giant variation of the perpendicular magnetic anisotropy at Fe/MgO interfaces by oxygen migration: a first-principles study
采用{ \it ab initio}方法对Fe/MgO界面氧迁移路径进行了系统的能量学研究，揭示了Fe/MgO界面氧迁移对垂直磁各向异性（VCMA）电压控制的特征依赖性.我们发现，表面各向异性能表现出玻尔兹曼S形行为作为迁移的O原子浓度的函数。所获得的VCMA效率因子$β$的变化揭示了超过临界浓度的迁移O，约$54\%$，在该各向异性开关从垂直到平面内的饱和极限。此外，取决于所施加的电压的变化范围，两个政权与可逆或不可逆的离子位移预测发生，产生不同的VCMA响应。根据我们的发现，可以从$β$的数量级区分VCMA驱动机制：几十fJ/（V.m）的效应可能与电荷介导效应结合轻微的可逆氧置换相关，而几千fJ/（V.m）的效应更可能与不可逆氧离子迁移相关。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Uniaxial Strain Effects on Graphene Nanoribbon Resonant Tunneling Transistors
采用最近邻紧束缚模型和非平衡格林函数方法，数值模拟了单轴应变对典型扶手椅型石墨烯-纳米石墨烯-hBN异质结器件的电流-电压特性的影响.模拟清楚地揭示了以下显着的依赖关系：（i）应变总是减少电流;（ii）在扶手椅方向施加的应变显着加宽了电流的主峰在一个更大的区域的偏置电压相比，非应变状态;（iii）电流下降更快时，应变施加在扶手椅，而不是锯齿形方向。
2019-01-04 cond-mat.mes-hall
Skyrmion mediated voltage controlled switching of ferromagnets for reliable and energy efficient 2-terminal memory
我们提出了一种两端纳米磁性存储元件的基础上采用单极电压脉冲，修改系统的垂直各向异性的垂直磁化纳米磁体的磁化反转。我们的工作表明，存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction，Dzyaloshinski-Moriya Interaction）可以创建磁化反转的替代路线，从而避免了需要利用旋进磁化动力学以及偏置磁场，这些都是在传统的基于电压控制的磁各向异性（VCMA）的垂直磁化切换中采用的。我们与广泛的微磁模拟，在热噪声的存在下，所提出的skyrmion介导的VCMA开关机制是强大的，在室温下，导致极低的错误切换，同时也可能是1-2个数量级的能源效率比最先进的自旋转移矩（STT）为基础的开关。
2017-07-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Composite based magnetoelectric scaled devices with large output voltages
Imec；KU Leuven, Departement Elektrotechniek（荷语鲁汶大学电气工程系）
本研究通过优化磁电复合器件的尺寸和材料，实现大输出电压，利用应变传递机制提升压电层性能。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall
Internal magnetic fields in thin ZnSe epilayers
利用泵浦-探测克尔旋转光谱技术，在GaAs衬底上生长的n-ZnSe外延层中观察到了应变诱导的自旋分裂。的自旋分裂能量映射出作为一个函数的泵探测分离，施加的电压，和温度在一系列样品的不同的外延层厚度和压缩应变所产生的外延层-衬底晶格失配。使用光致发光和X射线衍射测量独立地量化应变。我们观察到的自旋分裂的大小随外加电压和温度的增加，是高度依赖于晶体方向，消失沿[1 1-bar 0]。
2006-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of a two-dimensional quantum electron solid in perpendicular magnetic fields
本文研究了垂直磁场对SiGe/Si/SiGe量子阱中二维电子系统的影响，发现磁场能显著降低双阈值电压并提高电子密度，从而稳定量子电子固体。
2025-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Mechanical control of spin-orbit splitting in GaAs and InGaAs epilayers
利用时间分辨克尔旋转谱测量了GaAs和InGaAs外延层中自旋分裂能随抽运-探测距离、电压和磁场的变化。样品的应变可以在低温恒温器中使用机械虎钳施加的三点和四点弯曲进行可再现地控制。我们发现，自旋分裂的幅度与所施加的张力和电压线性增加。一个应变漂移扩散模型是用来与测量的自旋轨道分裂的样品中的应变量的大小。
2006-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage Control of Magnetic Monopoles in Artificial Spin Ice
目前对人工自旋冰（ASI）系统的研究揭示了独特的滞后记忆效应和受外加磁场控制的可移动准粒子单极子。在这里，我们数值模拟了应变介导的多铁性方法来局部控制ASI单极子。通过向压电层施加电压脉冲来控制各个晶格元件的磁化，从而导致定时为180度重新取向的应变诱导的磁旋进。该模型演示了局部电压控制移动磁单极子在晶格位置，在CoFeB，Ni和FeGa的ASI $'$的。开关在铁磁共振附近的频率下实现，并且需要低于620 aJ的能量。结果表明，ASI单极子可以有效地和本地控制的应变介导的多铁性方法。
2018-03-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Magnetization reversal driven by spin-transfer-torque in perpendicular shape anisotropy magnetic tunnel junctions
垂直形状各向异性自旋转移矩磁性随机存取存储器（PSA-STT-MRAM）的概念在于将存储层厚度增加到与单元直径相当的值，以在磁性存储层中引起垂直形状各向异性。利用该贡献，由于热稳定性因子$Δ$的增强，STT-MRAM的缩小尺寸可扩展性可以向亚20 nm技术节点扩展。虽然较大的存储层厚度改善了$Δ$，但是预期其会负面地影响写入电流和切换时间。因此，单元尺寸（直径、厚度）的优化对于获得足够高的$Δ$同时保持适度的写入电流是极其重要的。微磁模拟进行了不同的柱厚度的固定的横向尺寸为20 nm。的开关时间和反转机制进行了分析，作为施加的电压和存储层的纵横比（AR）的函数。对于AR $<$ 1，磁化反转类似于类宏自旋机制，而对于AR $>$ 1，观察到非相干反转，其特征在于在铁磁体/绝缘体界面处的横向畴壁的成核，然后沿着柱的垂直轴传播。进一步观察到，开关时间的倒数线性地依赖于所施加的电压。该研究扩展到20 nm以下的宽度，$Δ$的值约为80。据观察，所需的电压，以扭转的磁性层的横向尺寸减小，伴随着从宏观自旋反转的高纵横比的屈曲状反转的过渡。
2021-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Field Induced Polarization Reversal in Strained Perovskite Ferroelectric Films with c-oriented Polarization
研究了应变钙钛矿薄膜中$c$取向铁电相的场致极化反转。我们表明，在除了传统的纵向开关机制，当c-取向的偏振矢量改变其模量，纵向横向和横向机制时，偏振的垂直分量是动态混合是可能的。后一个过程可以通过直接突变或初始持续极化翻转场景发生。我们具体说明了PbTiO $_{3}$和BaTiO $_{3}$铁电体的情况下得到的结果，并提出了实验方法，为他们的调查。
2014-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley polarized transport in strained graphene based Corbino disc
我们研究了在外部垂直磁场存在下，应变石墨烯在Corbino几何门控中的磁输运。采用Landauer-Büttiker方法计算了单轴应变和非均匀应变下变形石墨烯的Corbino圆盘的电导。我们发现，作为磁通量的函数的电导的振荡周期依赖于单轴应变和电导急剧下降沿石墨烯拉伸的方向。另一方面，电导幅度可以通过感生的伪磁通量来操纵。一个谷极化制度，所造成的不均匀的应变，此外，我们发现了一个很宽的能量区间内，该系统是完全谷极化。
2013-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-mediated spin-orbit torque switching for magnetic memory
自旋轨道力矩（SOT）代表了控制磁存储器件中磁化的能量有效方法。然而，确定性地切换垂直存储器位通常需要施加额外的偏置场以破坏横向对称性。在这里，我们提出了一种新的方法，无场确定性的垂直开关使用应变介导的SOT开关方法。应变引起的磁弹性各向异性破坏了横向对称性，并且由此产生的磁弹性破坏是可控的。采用有限元模型和宏自旋模型对应变介导的SOT开关机制进行了数值模拟。结果表明，相对小的电压（${\pm}0.5$ V）以及适度的电流（$3.5 \times 10^{7} A/cm^{2}$）可以产生180°的垂直磁化反转。切换方向（向上或向下）由施加到磁致弹性/重金属/压电异质结构中的压电层的电压极性（正或负）决定。开关速度可达10 GHz。更重要的是，这种控制机制可以潜在地在具有小覆盖区、高耐久性和高隧道磁阻（TMR）读出比的磁性随机存取存储器系统中实现。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Coupling Tension and Shear for Highly Sensitive Graphene-Based Strain Sensors
我们报告，基于其变化的电子传输耦合的张力和剪切变形，高灵敏度的石墨烯为基础的应变传感器组成的扶手椅石墨烯纳米取向（AGNR）之间的金属接触。当任何方向的名义应变从2.5%增加到10%时，电导降低，特别是当系统从电中性区域改变时。在有限的偏压下，原始电导和电导的相对比例都平滑地依赖于栅极电压，波动可以忽略不计，这与原始石墨烯相反。具体地，当标称应变为10%并且角度从0度变化到90度时，电导的相对比例从60%变化到90%。
2015-08-27 cond-mat.mes-hall
Spin-momentum locking induced non-local voltage in topological insulator nanowire
拓扑绝缘体中载流子的动量和自旋由于强的自旋轨道耦合而被限制为相互垂直。我们通过磁性隧道结电极注入自旋极化电子，研究了Sb 2 Te 3拓扑绝缘体纳米线的这种独特的自旋动量锁定特性。非局部电压测量表现出相对于垂直于纳米线沟道施加的磁场的对称性，这与缺乏自旋动量锁定的沟道中的非局部测量的对称性显著不同。与传统的非局部自旋阀形成鲜明对比，所有磁性接触到Sb 2 Te 3纳米线的磁矩的同时反转改变了非局部电压。这种不寻常的对称性是Sb 2 Te 3纳米线表面态的自旋-动量锁定的明显特征。
2020-09-18 cond-mat.mes-hall
Giant perpendicular magnetic anisotropy enhancement in MgO-based magnetic tunnel junction by using Co/Fe composite layer
具有垂直各向异性的磁性隧道结形成自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）的基础，STT-MRAM是非易失性的、快速的、密集的，并且具有准无限写入耐久性和低功耗。基于密度泛函理论（DFT）计算，我们提出了一种磁性隧道结的替代设计，其包括具有大大增强的垂直磁各向异性（PMA）的Fe（n）Co（m）Fe（n）/MgO存储层，高达几mJ/m2，利用Fe/MgO的界面垂直各向异性以及应力-在bcc Co中发现了诱导的体PMA。当增加膜厚时，这种巨大的增强支配着退磁能。从Julliere模型估计的隧道磁电阻（TMR）是可比的纯Fe/MgO的情况。我们讨论的优点和缺陷的实际制造的结构，并提出了Fe（3 ML）Co（4 ML）Fe（3 ML）作为存储层的MgO基STT-MRAM单元。应变bcc Co中的大PMA被解释在布鲁诺模型的框架中由MgO施加的应变和随之而来的dyz和dz 2少数自旋带的能量变化。
2020-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene quantum dots in perpendicular magnetic fields
我们报告石墨烯量子点的传输实验。我们专注于激发态光谱附近的电荷中性点和签名的电子-空穴交叉作为一个功能的垂直磁场。在从空穴到电子输运的整个输运间隙的所有栅极电压下，50 nm宽和80 nm长的点的库仑阻塞共振是可见的。作为背栅电压的函数的超过40个状态的磁场依赖性可以根据石墨烯点的抗磁谱的独特演变来解释，包括位于传输间隙中心的E = 0朗道能级的形成，并标记电子-空穴交叉。
2009-05-15 cond-mat.mes-hall
Molecular Beam Epitaxy grown (Ga,Mn)(As,P) with perpendicular to plane magnetic easy axis
我们提出了一个实验研究的磁性，电气和结构特性的Ga 0.94Mn 0.06As 1-yPy层的GaAs衬底上的分子束外延生长y小于或等于0.3。X-射线衍射测量表明，该层处于拉伸应变下，这产生了垂直于该层平面的易磁化轴。随着磷浓度的增加，磁各向异性和矫顽场的强度增加。所有样品的电阻率都显示出金属行为，电阻率随着y的增加而增加。这些材料将有助于研究需要金属铁磁材料具有垂直磁各向异性的微磁现象。
2008-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetic simulations of magnetoelastic spin wave excitation in scaled magnetic waveguides
利用磁弹性效应研究了尺度磁波导中自旋波的激发。在均匀磁化的系统中，平行或垂直于磁化方向的法向应变不会导致自旋波激发，因为磁致弹性扭矩为零。使用微磁学模拟，我们表明，由于退磁场的影响，在亚微米波导中的磁化的不均匀性导致的自旋波的激励振荡正常应变平行和垂直于磁化。双轴法向面内应变的激发被认为是更有效的比单轴法向面外应变。对于宽度为200 nm的窄波导，双轴面内法向应变的激发效率与剪切应变的激发效率相当.
2017-08-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Gate voltage controlled thermoelectric figure of merit in three-dimensional topological insulator nanowires
研究了三维拓扑绝缘体纳米线表面态的热电性质。利用紧束缚哈密顿量结合非平衡格林函数方法，得到了Seebeck系数$S_c$和无量纲热电优值$ZT$.它们强烈地依赖于栅极电压以及纵向和垂直磁场。通过改变栅极电压或磁场，可以容易地控制$S_c$和$ZT$的值。在零磁场和零栅压下，或在大垂直磁场和非零栅压下，$ZT$具有较大的值。由于电子-空穴对称性，$S_c$是费米能量的奇函数，而$ZT$是偶函数，与磁场无关。当量化的透射系数从一个平台跳到另一个平台时，$S_c$和$ZT$示出峰值。当费米能级在狄拉克点附近时，出现最高峰。在零垂直磁场和零栅压下，对于纵向磁通量$ϕ_{\parallel} = 0 $和$π$，$S_C$的$n$第h峰的高度分别为$\frac{k_B}{e}\texttt{ln}2/(|n|+1/2)$和$\frac{k_B}{e}\texttt{ln}2/|n|$。最后，我们还研究了障碍的影响，发现$S_c$和$ZT$对障碍是鲁棒的。特别地，即使在强无序下，大值的$ZT$也可以存活。这些特性（$ZT$具有大的值、易于调节和对无序具有鲁棒性）对于热电的应用是非常有益的。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall
Perpendicular magnetic anisotropy of two-dimensional Rashba ferromagnets
我们在二维Rashba模型内计算磁晶各向异性能。对于铁磁自由电子Rashba模型，磁各向异性是完全为零，无论Rashba耦合的强度如何，除非只有最低的带被占用。对于后一种情况，该模型预测面内各向异性。对于具有有限带宽的更现实的Rashba模型，随着带逐渐被填充，磁各向异性从平面内演变到垂直，再回到平面内。这种演变同意与第一性原理计算的界面各向异性，这表明Rashba模型捕获能量导致各向异性起源于接口提供的模型考虑到有限的布里渊区。结果表明，电子密度调制掺杂或外电压是更重要的压控磁各向异性比Rashba参数的调制。
2016-11-03 cond-mat.mes-hall
Dynamic Skyrmion-Mediated Switching of Perpendicular MTJs: Scaling to 20 nm with Thermal Noise
在受限几何中产生和湮灭skyrmions的一种方法是使用电压控制磁各向异性（VCMA）[1，2，3]。先前的研究表明，在存在室温热噪声和晶粒间各向异性变化的情况下，可以通过创建并随后消除中间skyrmion态[4]来实现垂直磁性隧道结（p-MTJ）的软层中从上到下状态的鲁棒电压控制铁磁反转[4]。然而，当缩放到20 nm时，热噪声可以消除skyrmions，例如，通过随机地将核心移向纳米结构的边界。在这项工作中，我们研究了三个不同尺寸的p-MTJ，特别是横向尺寸为100 nm，50 nm和20 nm，并研究了开关行为的变化，随着尺寸的减小。特别是，我们的重点是调查在何种程度上skyrmion介导的开关方案可以采用低于50 nm的横向尺寸在热扰动的存在下。
2020-03-28 cond-mat.mes-hall
Voltage controlled core reversal of fixed magnetic skyrmions without a magnetic field
使用微磁学模拟，我们证明了核心反转的一个固定的磁skyrmion调制的垂直磁各向异性的纳米磁体与电场。通过垂直磁各向异性的顺序增加和减少，我们可以在两个Skyrmion态和两个铁磁态之间可逆地切换，即具有指向下/上的核心磁化和指向上/下的外围磁化的Skyrmion态和具有指向上/下的磁化的铁磁态。这些状态之间的切换被解释为对应于这些稳定状态中的每一个的自旋织构最小化磁各向异性、退磁、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）和交换能的总和的事实。这可能导致在不使用磁场并且不使用电流移动skyrmions的情况下利用固定skyrmions实现的节能纳米磁性存储器和逻辑器件的可能性。
2016-03-02 cond-mat.mes-hall
Binary information propagation in circular magnetic nanodot arrays using strain induced magnetic anisotropy
纳米磁逻辑已经成为传统CMOS逻辑的潜在替代品，因为它具有优越的能效。纳米磁性逻辑的一种实现方式采用形状各向异性（例如，椭圆形）铁磁体（具有两个稳定的磁化取向）作为依赖于偶极-偶极相互作用来传送二进制信息的二进制开关。通常，圆形纳米磁体与这种方法不兼容，因为它们缺乏独特的稳定的面内磁化取向来编码比特。然而，圆形磁致弹性纳米磁体可以制成双稳态，具有电压诱导的各向异性应变，这为纳米磁性逻辑应用提供了两个显著的优点。首先，形状各向异性能垒被消除，这减少了重新定向偶极子的能量的量。其次，面内尺寸可以减小（~ 20 nm），这在以前由于热稳定性问题而不可能实现。在圆形磁致弹性纳米磁体中，即使在克服热稳定性问题的这种尺寸下，电压引起的应变也使磁化稳定。在本文中，我们分析证明了一个二进制逻辑线实现与一个阵列的圆形纳米磁体，时钟与电压引起的应变所施加的底层压电基板。这导致了优于现有的基于CMOS的逻辑的数量级的节能逻辑范例，其可扩展到比现有的纳米磁性逻辑方法的尺寸小得多的尺寸。的分析方法进行了验证与实验测量上制作的PMN-PT样品偶极耦合镍纳米点。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
Inducing and Manipulating Magnetization in Two-Dimensional ZnO by Strain and External Gating
二维结构具有垂直磁各向异性和可切换磁化等有趣的磁性现象，是自旋电子学研究的热点。在此，密度泛函理论的研究揭示了关键的影响，应变和外部门控空位诱导的磁性和自旋方向在石墨烯类氧化锌（ZnO）的单层。与具有O-空位的原始和有缺陷的ZnO相比，Zn-空位的存在由于电荷亏损而对其第一相邻的O和Zn原子诱导显著的磁矩。我们进一步预测，在实际实现的$\sim$ 1- 2\ %的双轴压缩应变或通过电荷密度调制施加电场的情况下，易磁化轴的方向从平面内反转到垂直取向。这种磁化反转是由应变和电场引起的Zn空位的第一相邻Zn原子的自旋-轨道耦合\emph{d}态的变化驱动的。这些发现为利用应变和电场工程来操纵二维材料的磁性和磁化方向开辟了有趣的前景。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Quantum pumping in graphene with a perpendicular magnetic field
我们考虑了在中心抽运区存在垂直磁场的情况下，单层石墨烯中狄拉克费米子的量子抽运。两个外部泵浦参数是在泵浦区域的任一侧上施加到石墨烯片的电压。我们分析了这种泵内散射矩阵形式主义和计算泵浦电荷和自旋电流。预测的充电电流为1000 nA的量级，这是使用当前技术容易观察到的。
2010-11-26 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic parametric resonance driven by voltage-controlled magnetic anisotropy
电压控制磁各向异性（VCMA）是一种低能量的替代操纵铁磁态，这是最近被认为也在反铁磁体（AFM）。在这里，我们从理论上证明，VCMA可以用来激发线性和参数谐振模式的易轴AFM与垂直各向异性，从而开辟了一个有效的电气控制的尼尔矢量的方式，并检测高频动态。我们的工作导致了两个关键结果：（i）VCMA参数泵浦经历了所谓的耦合效率的交换增强，因此，比微波磁场或自旋轨道扭矩效率高1-2个数量级，以及（ii）它还允许零场参数谐振，这是其他参数泵浦机制在具有面外易轴的AFM中无法实现的。因此，我们表明，VCMA参量泵浦是最有前途的相干激发和操纵的原子力显微镜在垂直易轴AFM订单的方法。
2022-02-02 cond-mat.mes-hall
Straintronic magnetic tunnel junctions for analog computation: A perspective
本文展望了应变磁性隧道结在模拟计算中的应用，其通过栅极电压实现电阻连续变化，具有线性传输特性，能有效实现模拟算术和深度学习突触，优于忆阻器和畴壁突触。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Reduced effective magnetization and damping by slowly-relaxing impurities in strained $γ$-$\mathrm{Fe_2O_3}$ thin films
利用SQUID磁强计和低温宽带铁磁共振实验研究了脉冲激光沉积法在MgO衬底上生长的$γ$（maghemite）外延应变薄膜的静态和动态磁性。SQUID磁力测量揭示了样品平面内外施加的磁场的滞后磁化曲线。从我们的薄膜的磁化动力学，我们发现一个小的负有效磁化与应变诱导的垂直磁各向异性。此外，我们观察到的铁磁共振线宽的微波频率的函数的非线性演化，并解释这一发现与模型的基础上缓慢放松杂质，所谓的慢弛豫模型。通过研究我们的磁赤铁矿薄膜的磁化动力学作为频率和温度的函数，我们可以隔离的缓慢弛豫杂质的共振线宽的温度依赖性的贡献，特别是，观察到的有效磁化的符号变化。这一发现提供了证据的磁各向异性从垂直易轴的转变，以方便在平面内各向异性降低温度。
2022-04-25 cond-mat.mes-hall
Strain-induced collapse of Landau Levels in real Weyl semimetals
朗道能级在垂直于磁场的电场作用下的坍缩是狄拉克材料的显著特征之一。晶格变形与电子自由度的耦合也是如此，这种耦合以规范场的形式存在，它允许由应变形成伪朗道能级。我们分析了由应变引起的朗道能级在动量空间中的各向异性倾斜Weyl锥上的崩塌。通过第一性原理计算，建立了TaAs中朗道能级崩塌的外应变条件，并通过实验验证了该条件的可行性。
2022-08-18 cond-mat.mes-hall
Thermal effects in spin torque switching of perpendicular magnetic tunnel junctions at cryogenic temperatures
温度在磁性隧道结的自旋力矩开关中起着重要的作用，导致磁化波动，降低了开关电压，但也引入了开关误差。在这里，我们提出了一个系统的研究，从室温到4 K的最先进的垂直磁性隧道结纳米柱（直径40至60 nm）的自旋扭矩开关概率的温度依赖性，采样高达一百万个开关事件。在开关电压的结温度-从热辅助自旋扭矩开关模型-饱和温度低于约75 K，表明结加热是显着低于这个温度和自旋扭矩开关保持高度随机下降到4 K。纳米柱结中的热流模型表明，这种效应与结中金属的热导率和热容降低有关。
2020-09-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Supersymmetric quantum electronic states in graphene under uniaxial strain
我们研究了单轴应变石墨烯在垂直于材料样品的非均匀磁场的影响下的坐标无关的应变张量。为此，我们求解了具有各向异性费米速度的狄拉克方程，并通过实例探讨了这种方程具有量子力学意义上的超对称结构的条件。工作在一个类劳达规范，波函数和能量本征值被发现解析方面的磁场强度，各向异性尺度和其他相关参数的形状的磁场配置文件。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Origin of the resistance-area product dependence of spin transfer torque switching in perpendicular magnetic random access memory cells
本文报道了在具有可变电阻面积积（RA）的垂直磁性随机存取存储器（MRAM）单元中电流感应开关的实验研究。我们的研究结果表明，除了自旋转移矩（STT），电流诱导的自加热和电压控制的磁各向异性也有助于开关，并可以解释开关电流密度和STT效率的RA依赖性。我们的研究结果表明，热优化的垂直MRAM单元可以导致开关电流显着减少。
2019-05-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage Controlled Magnetic Anisotropy Based Low Energy Switching of a Ferromagnet on a Topological Insulator
我们提出了一种新的存储器件，它包括一个薄的铁磁层的Fe沉积在拓扑绝缘体薄膜，Bi 2 Se 3。铁磁层具有垂直各向异性，这是由于MgO沉积在Fe的顶面上。当电流在Bi2Se3的表面上通过时，Bi2Se3的表面变为自旋极化，并且在铁磁体中的d电子与在Bi2Se3的表面上传导电流的电子之间发生强交换相互作用。部分电流通过铁磁体分流，这在铁磁体中产生自旋转移力矩。自旋转移力矩和交换相互作用力矩与压控磁各向异性（VCMA）的组合允许铁磁体的超低能量切换。我们进行微磁模拟和预测的顺序为2.5 ns的开关时间和开关能量的顺序为0.45fJ的铁磁位与43kBT的热稳定性。拓扑绝缘体上的垂直各向异性铁磁体的这种超低能量和高速VCM诱导的切换可以用于能量高效的存储器设计。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall
