Ab initio studies of the spin-transfer torque in tunnel junctions
我们计算了Fe/MgO/Fe隧道结中的自旋转移矩，并与全金属结的结果进行了比较。我们表明，自旋转移力矩是在铁磁层的界面在更大程度上比在全金属结。这一结果起源于铁的半金属行为的$Δ_1$状态在布里渊区中心;与全金属结构，退相不起重要作用。我们进一步表明，它是可能的，以得到一个分量的扭矩是平面的磁化，这是线性的偏置。然而，观察这样的扭矩需要高度理想的样品。在具有典型界面粗糙度的样品中，扭矩与全金属多层膜中的扭矩相似，尽管原因不同。
2007-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous tunnel magnetoresistance and spin transfer torque in magnetic tunnel junctions with embedded nanoparticles
在量子弹道模型的范围内计算了纳米颗粒嵌入磁性隧道结中的隧道磁阻效应。进行了模拟的电子隧穿通过绝缘层内的方法的双势垒子系统并联连接到单势垒一个嵌入的磁性和磁性纳米粒子。该模型适用于面内磁化和垂直磁化的MTJ。我们还计算了自旋转移矩（STT）与磁性纳米粒子的MTJ中施加的电压的平面内分量，并确定其值可以远远大于在单势垒系统（SBS）相同的隧穿厚度。报道的模拟再现实验数据的TMR抑制和峰值状TMR异常在低电压文献中提供。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Currents, Torques, and Polarization Factors in Magnetic Tunnel Junctions
应用Barthel的隧穿理论的磁性隧道结具有一般程度的原子无序揭示了磁传导和电压驱动的赝扭矩之间的密切关系，以及隧道极化因子的厚度依赖性。结果表明：1）在恒定的外加电压下，转矩一般随sin θ变化。2)只要极化因子定义明确，每个力矩上的电压驱动扭矩与另一个磁体的极化因子唯一成比例。3)在有限的施加电压，这种关系预测显着的电压不对称的扭矩。对于电压的一个符号，即使当磁导大大减小时，转矩仍然很大。4)一个广泛定义的结模型，称为理想中间，允许在磁体和F/I界面区域内的原子无序。在这个模型中，自旋的状态加权因子的总和成比例的一般状态指数内（例如真空）的障碍内评估的依赖性概括了本地的隧道极化因子在以前的理论的状态密度。5)对于小的外加电压，隧道极化因子保持合法的理想中间的厚度的倒数的第一顺序。用新定义的横向自相关尺度给出了极化因子的一阶修正量的代数公式。
2004-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved detection of spin-transfer-driven ferromagnetic resonance and spin torque measurement in magnetic tunnel junctions
近几年来，一些实验技术被引入磁性隧道结（MTJ）中，试图测量自旋转移力矩。自旋力矩对偏置的依赖性对于理解磁性器件中的基本自旋物理和应用是重要的。然而，以前的技术只提供了间接的测量扭矩和他们的结果，迄今为止的偏置依赖性是定性和定量不一致的。在这里，我们表明，自旋扭矩的MTJ可以直接测量使用时域技术来检测响应于振荡自旋扭矩的共振磁进动。该技术是准确的高偏置制度相关的应用程序，因为它直接检测小角度线性响应的磁动力学所造成的自旋扭矩，它是相对免疫影响竞争技术的文物。在高偏压下，我们发现自旋力矩矢量显着不同于通常假设的简单的最低阶泰勒级数近似。
2010-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit-torque magnetization switching of a three terminal perpendicular magnetic tunnel junction
本文报道了三端垂直磁性隧道结的自旋-轨道力矩电流感生磁化翻转和隧道磁电阻效应读出。该器件由Ta电流线顶部的垂直Ta/FeCoB/MgO/FeCoB叠层组成。底部FeCoB层的磁化可以通过在存在面内偏置磁场的情况下在Ta层中注入密度为$5\times10^{11}$ A/m $^2$的电流脉冲来可再现地切换，从而导致TMR信号的满量程变化。我们的工作证明了一个垂直自旋轨道力矩磁存储单元的概念。
2013-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-shot dynamics of spin-orbit torque and spin transfer torque switching in three-terminal magnetic tunnel junctions
电流感生自旋转移力矩（STT）和自旋轨道力矩（SOT）使得非易失性磁性随机存取存储器中的磁性隧道结（MTJ）能够电切换。为了开发更快的存储器器件，需要改进电流驱动磁化动态下的时间尺度。在这里，我们报告的全电时间分辨测量由SOT驱动的三端MTJ器件的磁化反转。电流注入过程中的MTJ电阻的单次测量显示，SOT开关涉及一个随机的两步过程，包括域成核时间和传播时间，这具有不同的成因，时间尺度，和统计分布相比，STT开关。我们进一步表明，SOT，STT，和电压控制的磁各向异性（VCMA）的组合导致可再现的子ns开关的累积开关时间小于0.2 ns的扩展。我们的测量揭示了SOT，STT和VCMA在确定MTJ器件的开关速度和效率方面的综合影响。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant adiabatic spin torque in magnetic tunnel junctions with a hybrid free layer structure
自旋矩转移（STT）的发现，使自旋电子器件的发展有了重大的进展。为了提高磁性隧道结的性能和理解自旋力矩转移的基本物理过程，人们研究了新的结构和材料。磁性纳米线的绝热自旋力矩效应是由于磁性的空间非均匀性引起的，已经在理论上得到了预测，并在实验上得到了证实。然而，这一重要的自旋力矩在磁性隧道结（MTJ）中却很少被关注，因为它在传统MTJ中的作用非常微弱。本文首次报道了具有混合自由层结构的MTJ器件中的巨大绝热自旋力矩。通过在混合自由层中沿电流方向引入空间磁不均匀性，实现了巨绝热自旋力矩的产生。结果表明，巨大的绝热自旋矩可以显著促进MTJ器件中的电流诱导开关过程：绝热自旋矩可以大于面内自旋矩，这使得在不同的偏置场下，可以利用单极电流实现开关。此外，绝热自旋力矩，这是成比例的空间非均匀性的水平，增加在切换过程中。数值模拟证实了所观察到的效果。这些结果对高密度STT-MRAM器件的未来具有深远的影响。
2009-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the switching efficiency of magnetic tunnel junctions by the fieldlike spin-orbit torque
电流感应自旋轨道转矩提供了一个通用的工具，用于切换磁性器件。在垂直磁体中，转矩的阻尼分量是磁化反转的主要驱动力。类场转矩在多大程度上有助于开关是一个有争议的问题。在这里，我们研究的磁隧道结的开关与CoFeB自由层和W或Ta的底层，其中有一个类场阻尼扭矩的比例为0.3和1，分别。我们发现，类场转矩可以帮助或阻碍切换的CoFeB时，静态面内磁场需要定义的极性自旋轨道转矩切换有一个组件横向的电流。特别地，与标准共线对准相比，可以利用场和电流的非共线对准来增加开关效率和可靠性。通过实时探测单个开关事件，我们还表明，横向磁场和类场转矩的组合可以加速或减速反转开始。我们使用微磁模拟验证我们的观察结果，并将结果外推到具有不同扭矩比的材料。最后，我们提出了设备的几何形状，利用类场扭矩的密度增加内存应用和突触的重量产生。
2022-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin torque from tunneling through impurities in a magnetic tunnel junction
我们计算了磁性隧道结中杂质的连续隧穿对自旋转移力矩的贡献。对于具有弱极化铁磁接触的结，发现转矩在由铁磁接触的磁化所跨越的平面中并且与$\sin θ$成比例，其中$θ$是磁矩之间的角度。如果极化较大，则扭矩获得显著的面外分量和对$θ$的不同依赖性。
2009-07-31 cond-mat.mes-hall
Interplay of voltage control of magnetic anisotropy, spin transfer torque, and heat in the spin-orbit torque switching in three-terminal magnetic tunnel junctions
我们使用三端磁性隧道结（MTJ）设计的无场开关的自旋轨道转矩（SOTs），系统地研究了双电压脉冲对开关性能的影响。我们表明，SOT脉冲和MTJ偏置脉冲的并发动作允许降低临界开关能量低于典型的自旋转移扭矩的水平，同时保持在亚ns时间尺度上切换MTJ的能力。通过执行直流和实时电气测量，我们歧视和量化的MTJ偏置所产生的三个影响：电压控制的垂直磁各向异性，电流感应加热，和自旋转移扭矩的变化。实验结果得到了微磁学模型的支持。我们观察到，取决于脉冲持续时间和MTJ直径，不同的效果带头协助SOTs在磁化反转过程中。最后，我们提出了一个紧凑的模型，允许评估的影响，由于MTJ偏置的关键开关参数的每个效果。我们的研究结果提供了输入，以优化开关的三端设备作为时间，尺寸和材料参数的函数。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust spin transfer torque in antiferromagnetic tunnel junctions
我们从理论上研究了反铁磁隧道结中的电流感应自旋力矩，由两个半无限的反铁磁层由隧道势垒分开，在清洁和无序制度。我们发现，使电操纵的Néel反铁磁序参量的扭矩是平面外的$\sim {\bf n}\times{\bf p}$，而与反铁磁交换的扭矩是平面内的$\sim {\bf n}\times({\bf p}\times{\bf n})$。这里，${\bf { p}}$和${\bf { n}}$分别是参考层和自由层的Néel序参量方向。它们的偏置依赖性表现出与铁磁隧道结类似的行为，面内扭矩在偏置中大多是线性的，而面外扭矩是二次的。最重要的是，我们发现，在反铁磁隧道结的自旋转移力矩是更强大的反铁磁金属自旋阀由于自旋输运的隧穿性质的障碍比。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall
Description of current-driven torques in magnetic tunnel junctions
本文用自由电子描述了非共线磁化的磁性隧道结中自旋相关的输运。我们研究了隧穿输运中横向自旋密度的起源以及引起局域磁化振荡力矩的量子干涉。自旋转移力矩进行了分析，发现一个重要的偏置不对称性以及阻尼振荡行为。此外，我们调查的s-d交换耦合上的扭矩的影响，特别是在半金属MTJ的情况下，其中的自旋转移扭矩是由于界面自旋相关的反射。
2007-12-01 cond-mat.mes-hall
Controlling the Spin Torque Efficiency with Ferroelectric Barriers
本文从理论上研究了含铁电势垒的磁性隧道结中的非平衡自旋输运。结合Bessel函数和Airy函数，得到了考虑界面屏蔽的自由电子薛定谔方程的精确解.我们证明，自旋转移力矩效率，更一般的偏置依赖性的隧道磁电阻和电阻，可以通过切换铁电极化的障碍。这种效应提供了一种补充的方式来电控制自旋转移器件中的磁化强度和相关磁噪声的电流驱动动态。
2012-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical properties of three terminal magnetic tunnel junctions: spintronics meets spin-orbitronics
这封信介绍了一个微磁模型，能够在三个终端的磁性隧道结的磁化动力学特性，自旋转移力矩和自旋轨道力矩的影响被考虑在内。我们的研究结果预测，从技术角度来看，将这两个扭矩源电分离的可能性对于下一代纳米级自旋电子振荡器和微波探测器都是非常有前途的。提出了一种基于这三个终端设备并联的可扩展同步方案。
2013-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-driven v.s. Current-driven Spin Torque in Anisotropic Tunneling Junctions
本文从理论上研究了在界面自旋轨道相互作用（SOI）存在的情况下，磁性隧道结中的非平衡自旋输运。界面SOI产生形式为{ \bf T}= T_{||} { \bf M}x（{ \bf z}x{ \bf M}）+ T_{\bot} { \bf z}x{ \bf M}的自旋力矩，即使在没有外部自旋极化器的情况下。对于厚且大的隧道势垒，扭矩减小到垂直分量$T_{\bot}$，其可以通过在绝缘体两端施加电压来电调谐。在薄且低的隧道势垒的极限下，出现面内扭矩$T_{||}$，与隧道电流密度成正比。磁性器件的实验影响进行了讨论。
2011-10-16 cond-mat.mes-hall
Manipulating the Voltage Dependence of Tunneling Spin Torques
磁隧道结中的电压驱动自旋转移力矩为设计用于存储器和可重编程逻辑应用的先进自旋器件提供了一个出色的工具。转矩的非线性电压依赖性对电流驱动的磁化动力学和器件性能具有直接影响。在简要概述了迄今为止在隧道结中的自旋力矩的理论描述中所取得的进展之后，我提出了不同的方法来改变和控制自旋力矩的两个分量的偏置依赖性。工程结（势垒和电极）结构的不对称性或控制自旋积累的自由层的分布提供了有前途的工具，设计有效的自旋器件。
2012-07-22 cond-mat.mes-hall
Influence of the magnetic material on tunneling magnetoresistance and spin-transfer torque in tunnel junctions: Ab initio studies
用从头算方法研究了FeCo/MgO/FeCo隧道结的隧穿磁电阻和自旋转移矩随Co掺杂浓度和偏压的变化关系。我们发现，隧道磁电阻随Co浓度与以前的计算相矛盾，但与最近的实验一致。这种依赖性从合金的体性能解释。通过使用合金中的无序的现实描述，我们可以表明，即使是少量的无序导致隧道磁阻急剧下降。这为计算值和测量值之间的差异提供了定量解释。的自旋转移力矩示出了一个线性的电压依赖性的面内组件和二次的面外组件的所有浓度在小的偏置电压。特别地，面内扭矩的线性斜率与浓度无关。对于高偏置电压的面内扭矩显示出很强的非线性偏离的线性斜率高钴浓度。这是解释从相同的效果，其中管理隧道磁阻。
2013-06-27 cond-mat.mes-hall
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
Adiabatic quantum pumping, magnification effects and quantum size effects of spin-torque in magnetic tunnel junctions
利用散射矩阵方法研究了磁性隧道结中的绝热量子抽运和自旋矩的量子尺寸效应。量子尺寸效应预测在直流偏置的存在下，作为插入两个磁性层之间的正常金属层的厚度和固定的磁性层的函数。在交流电压存在下，自旋矩的结果显示出一种特殊的放大效应，并讨论了自旋矩泵在实际器件中的优点。
2010-10-03 cond-mat.mes-hall
Walker breakdown with a twist: Dynamics of multilayer domain walls and skyrmions driven by spin-orbit torque
通过三维微磁学模拟和解析建模，研究了垂直磁化铁磁多层膜中扭曲畴壁和Skyrmions的电流感生动力学。结果表明，这种系统一般表现出沃克击穿的现象，在电流诱导的阻尼类自旋轨道力矩的存在下。在临界电流阈值以上，对应于几十m/s量级的典型速度，某些层中的畴壁开始以千兆赫范围内的频率进动，这导致振荡运动和迁移率的显著下降。这种现象起源于复杂的杂散场相互作用，并发生在广泛的多层材料和结构，包括至少三个铁磁层和有限的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。一个分析模型来描述的进动动力学与表面体积杂散场相互作用的多层膜，产生定性协议与微磁模拟。
2019-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of Spin-transfer torque switching via resonant tunneling
我们建议使用共振隧穿作为一种途径，以提高自旋转移力矩开关特性的磁性隧道结。所提出的器件结构是基于夹在固定磁体和自由磁体之间的MgO-半导体异质结构的共振隧穿磁性隧道结。使用非平衡格林函数形式主义耦合自一贯的Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程，我们证明了增强的隧道磁阻特性，以及较低的开关电压相比，传统的三层器件。两个基于MgO基异质结的器件设计，其中共振隧穿的物理导致增强的自旋转移力矩，从而降低临界开关电压高达44%。据设想，这里提出的概念验证可能会导致通过严格的材料和接口研究的实际设备设计。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall
Impact of current paths on measurement of tunneling magnetoresistance and spin torque critical current densities in GaMnAs-based magnetic tunnel junctions
GaMnAs基磁性隧道结（MTJ）器件在低温下具有面内和面间磁输运特性。沿面输运揭示了典型的隧穿磁输运（TMR）信号。有趣的是，在面内传输信号中观察到类似的TMR签名。这里，MTJ通过顶部接触的低欧姆分流导致显著的横向到平面电流路径。这种效应允许基于简化的面内测量来确定MTJ的TMR比。然而，相同的效果可能导致从MTJ柱结构上的纵向到平面磁输运实验中不准确地确定电阻面积乘积和自旋扭矩临界电流密度。
2012-09-24 cond-mat.mes-hall
Decoherence and mode-hopping in a magnetic tunnel junction-based spin-torque oscillator
讨论了基于磁隧道结的自旋力矩振荡器中磁振荡的相干性随外场角的变化。时频分析表明，不同的振荡器模式之间的模式跳变，这是由线性和非线性耦合的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，类似于在半导体环形激光器中观察到的模式跳变。这些耦合和因此跳模在用于自由层与参考层磁化的反平行（AP）对准的电流阈值附近被最小化。远离AP对准，模式跳变限制振荡器相干性。
2012-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Inductive determination of the optimum tunnel barrier thickness in magnetic tunnelling junction stacks for spin torque memory applications
我们使用脉冲感应微波磁强计研究旋进磁化动力学的CoFeB/MgO/CoFeB为基础的磁性隧道结堆栈与不同的MgO势垒厚度的自由层。从进动频率的场依赖性，我们能够推导出单轴各向异性能量和自由层和钉扎层之间的交换耦合。此外，场的依赖性的有效阻尼参数的推导。在一定的阈值势垒厚度以下，我们观察到自由层和钉扎层的反平行取向的有效阻尼增加，这将抑制可逆的低电流密度自旋扭矩磁化反转。这种感应测量，结合基于晶片探针台的磁输运实验，允许快速确定用于无光刻工艺中的自旋扭矩存储器应用的最佳隧道势垒厚度范围。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque switching below 20 kA/cm$^2$ in perpendicular magnetic tunnel junctions
我们证明了具有垂直磁化各向异性（PMA）的Co-Fe-B/MgO基磁性隧道结（MTJ）中临界自旋转移矩（STT）开关电流的降低。结产量隧道磁阻（TMR）的比率高达64%，在4单层（ML）隧道势垒厚度。本文研究了降低临界开关电流密度的方法。通过优化DC-STT测量过程中的偏置场，我们得到了低于20 kA/cm $^2$，甚至低至9 kA/cm $^2$的超低临界开关电流密度，为进一步的实验研究，如理论预测的热驱动自旋转移矩效应提供了理想的候选材料。
2013-09-13 cond-mat.mes-hall
Interface moment dynamics and its contribution to spin-transfer torque switching process in magnetic tunnel junctions
对于涉及垂直磁化的磁性隧道结的存储器应用的实际问题是在高偏置电压下开关特性的可靠性。通常已经观察到，在高偏置下，存在额外的误差过程，其导致在偏置电压进一步增加时切换概率降低。我们确定的主要原因，这种错误上升的过程中，通过检查的开关统计作为偏置电压和外加电场的函数，并在实时的结开关动态。这些实验表明，一个巧合的发病误差上升和存在一个新的低频微波发射远低于各向异性场所规定的。我们表明，在一个少的宏观自旋耦合的数值模型，这是一致的界面区域与集中的垂直各向异性，并在那里的磁矩有限的交换耦合到其余的层。这些结果表明，高频界面磁矩动力学在确定这些隧道结器件的开关特性中起着重要作用。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced torques in magnetic Weyl semimetal tunnel junctions
本文研究了非对称磁性隧道结中的电流感生力矩，该隧道结包含一个常规铁磁体和一个磁性外尔半金属接触。外尔半金属主机手性体状态和拓扑保护费米弧表面状态，发现支配的电压行为和效率的电流感应扭矩。我们报告如何批量手征规定的非平衡扭矩作用于铁磁体的符号，并讨论了存在的大的类场扭矩作用于磁性Weyl半金属超过传统的磁性隧道结的理论最大值。后者是来自费米弧自旋纹理和显示一个反直观的依赖外尔节点分离。我们的研究结果揭示了由磁性Weyl半金属组成的多层自旋电子器件的新物理，这可能为新的节能自旋电子器件打开大门。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall
Signatures of asymmetric and inelastic tunneling on the spin torque bias dependence
采用自由电子模型，从理论上研究了结构不对称性（势垒高度和交换劈裂）以及非弹性散射（磁振子和声子）对磁隧道结中自旋转移矩的偏压依赖性的影响.我们表明，他们修改的“传统”的偏置依赖的自旋转移力矩，连同偏置依赖的电导。特别是，结构不对称性和体（非弹性）散射添加{ \em反对称}项的垂直扭矩（$\propto V$和$\propto j_e|V|$），而界面非弹性散射保存的结对称性，只产生{ \em对称}项（$\propto |V|^n$，$n\in\mathbb{N}$）。自旋扭矩和电导测量的分析显示了一个签名，揭示了起源（不对称或非弹性散射）的差异。
2011-10-16 cond-mat.mes-hall
Spin-Flip Scattering Effect on the Current-Induced Spin Torque in Ferromagnet-Insulator-Ferromagnet Tunnel Junctions
我们研究了铁磁-绝缘层-铁磁隧道结中考虑自旋翻转散射的电流感生自旋转移矩。结果表明，自旋翻转散射可以诱导出额外的自旋力矩，使自旋力矩的最大值增大，并且与忽略自旋翻转散射的情况相比产生了角位移.研究了左右铁磁体分子场对自旋矩的影响。发现$τ^{Rx}/I_{e}$（$τ^{Rx}$是作用在右铁磁体上的自旋转移矩，$I_{e}$是隧穿电流）随分子场的变化而变化。在两个特定的角度，$τ^{Rx}/I_{e}$是独立的右铁磁体的分子场，导致在$τ^{Rx}/I_{e}$曲线上的两个交叉点对不同的分子场的相关取向。
2003-03-12 cond-mat.mes-hall
Spin Torque in Anisotropic Tunneling Junctions
从理论上研究了在界面自旋轨道相互作用（SOI）存在的情况下，磁性隧道结中的自旋输运。由于界面SOI的存在，即使在没有外部自旋极化器的情况下，也可以在SOI中产生二阶电流驱动的自旋矩。该扭矩具有两个分量，面内和垂直于旋转平面，其可以诱导电流驱动的{ \em磁化切换}从面内到面外配置或{ \em磁化旋进}，类似于自旋阀中的自旋转移扭矩。因此，似乎可以通过改变偏置电压或在界面处电修改SOI来控制磁化稳定状态和动态。
2011-10-16 cond-mat.mes-hall
Current-induced switching of magnetic tunnel junctions: Effects of field-like spin-transfer torque, pinned-layer magnetization orientation and temperature
我们研究了在有限温度下，在高电流极限下，存在类场自旋转移矩和倾斜钉扎层磁化的磁性隧道结（MTJ）中的电流诱导开关。我们认为这两个Slonczewski和类场转矩系数$a_J$和$b_J $，分别。在有限温度下，与$σ= 0$相比，$σ= b_J/a_J = \pm1$导致更小的平均开关时间。在类场项的存在下开关时间的减少是由于对准效应（对于$σ> 0$）和初始转矩效应。
2014-03-20 cond-mat.mes-hall
Self-Consistent Computation of Spin Torques and Magneto-Resistance in Tunnel Junctions and Magnetic Read-Heads with Metallic Pinhole Defects
建立了一个三维自洽自旋输运模型，该模型包括隧穿输运和金属输运。使用自旋累积计算的隧道势垒的两侧，获得自旋扭矩，它示出的模型再现阻尼类和类场自旋转移扭矩，与预期的正弦角依赖性，和逆铁磁层厚度依赖性。推导出漂移扩散模型的显式解，该解允许分析参考层和自由层厚度对自旋转移矩极化和类场系数的影响。特别是，当层是薄的，额外的自旋相关的散射贡献，由于横向自旋分量的不完全吸收减少阻尼和类场的自旋扭矩。它示出了这里开发的模型可以用来计算的信噪比在现实的磁读头，自旋扭矩引起的波动和不稳定性限制了最大工作电压。还分析了绝缘层中金属针孔缺陷的影响，这导致金属和隧道传输的混合物，以及高度不均匀的电荷和自旋电流，需要全自旋传输模型来计算所产生的磁阻和自旋扭矩。增加针孔覆盖的面积导致磁阻的快速退化，遵循逆相关性。此外，自旋矩角依赖性变得倾斜，并且自旋转移矩极化降低。当考虑具有单个针孔缺陷的隧道结时获得相同的结果，但是减小横截面积，表明即使单个针孔缺陷也会显著降低40 nm节点以下的隧道结和磁读取头的性能。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall
Spin-torque ac impedance in magnetic tunnel junctions
使磁性隧道结（MTJ）受到自旋电流和/或电压的作用会引起磁旋进，从而可以通过电路往复泵送电流。这导致交流阻抗，其对施加到MTJ的磁场敏感。测量此阻抗可用于表征磁性自由层与电流之间的耦合以及MTJ的磁性配置的读出。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall
Thermal-magnetic noise measurement of spin-torque effects on ferromagnetic resonance in MgO-based magnetic tunnel junctions
铁磁共振热磁噪声（T-FMR）可以用来测量纳米磁性隧道结（MTJ）的磁垂直各向异性。为此目的，T-FMR测量进行了与外部磁场高达14千奥斯特施加垂直于膜表面的MgO为基础的MTJ下的直流偏置。观察到的频率-场关系表明，20 A CoFeB自由层具有比CoFeB的本征体值小得多的有效退磁场，其中4PiMeff =（6.1 +/- 0.3）kOe。这个值是一致的饱和磁场从相同的CoFeB厚度的扩展膜上的磁力测量。另一方面，面内T-FMR对于有效退磁场显示出不太一致的结果，这可能是由于更复杂模式的激发。这些实验表明，垂直T-FMR是首选的纳米MTJ的定量磁表征。
2009-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-shot time-domain studies of spin-torque-driven switching in magnetic tunnel junctions
我们报告的电阻与时间的单次测量的热辅助自旋扭矩驱动的磁性隧道结开关。我们实现了足够的灵敏度，以解决导致开关的电阻信号，包括个别开关事件之间的变化。开关前的热波动的分析允许详细测量的相干时间和磁化旋进幅度的变化。我们发现，与一个小的面内难磁化轴磁场的磁化动力学空间相干比零场的情况下。
2009-06-13 cond-mat.mes-hall
Enhancing the spin transfer torque in magnetic tunnel junctions by ac modulation
自旋转移矩（STT）现象因其在实际自旋电子学器件中的应用前景而引起了人们的极大兴趣。在本文中，我们报告的STT在交流调制下的非共线磁隧道结的非平衡格林函数形式的基础上的理论研究，并推导出一个封闭的公式预测的时间平均STT。利用该公式，分析了碳纳米管基磁性隧道结的交流STT。在交流调制下，面内（面外）扭矩对偏置的低偏置线性（二次）依赖性仍然成立，并且$\sinθ$对非共线角度的依赖性也保持不变。通过光子辅助隧穿，偏置引起的面内和面外力矩分量可以显著增强，分别约为12倍和75倍。我们的分析揭示了实现最佳STT增强的条件，并表明交流调制是一种非常有效的方法，电操纵STT。
2017-05-07 cond-mat.mes-hall
Spin-wave thermal population as temperature probe in Magnetic Tunnel Junctions
我们研究是否可以直接测量的绝对温度的磁性隧道结（MTJ）使用的高频电噪声，它提供了一个有限的电压偏置。我们的方法包括MTJ的准静态磁滞回线测量，连同其自旋波噪声谱的场依赖性。我们依赖于一个分析模型的光谱，假设独立的波动的不同子系统的隧道结被描述为宏自旋波动。我们说明了我们的方法上垂直磁化的MgO为基础的MTJ图案在50*100纳米2的纳米柱。我们应用硬轴（面内）场，让磁热波动产生有限的MTJ电导波动。而不是自由层的波动，观察到的自旋扭矩和温度的影响，我们使用的唯一参考层的磁化波动。它们更强的各向异性和更重的阻尼使它们基本上不受自旋力矩的影响。我们说明了我们的方法，通过确定电流感应加热的垂直磁化隧道结的电压类似于那些用于自旋扭矩存储器应用。绝对温度可以以+/-60 K的精度推导，并且我们可以排除在自旋扭矩切换电压下的任何实质性加热。
2016-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-Dependent Spintronic Transport and Current-Induced Spin Transfer Torque in Magnetic Tunnel Junctions
利用含时非平衡格林函数技术研究了磁隧道结中电流和电流诱导自旋转移矩（CISTT）对交流偏置和直流偏置的响应。时间平均电流（时间平均CISTT）的公式为直流电流（dc CISTT）乘以贝塞尔函数与能级移动$m\hbar ω_{0}$的乘积的总和。隧穿电流可以看作发生在两个铁磁体的光子边带之间。电子在高频下很容易通过势垒，但在低频下很难通过。隧道磁电阻几乎不随交流磁场变化。研究发现，自旋转移力矩在交流偏压下仍与电流成正比，但可以通过改变频率来改变。低频率可以产生自旋转移力矩的快速减小，而大的交流信号导致电流和自旋力矩的减小。如果只存在交流偏压，自旋转移力矩在交流偏压的特定幅度和频率下急剧增强。观察到这样的振幅和频率之间的近似线性关系。
2004-06-11 cond-mat.mes-hall
Spin transfer torques in magnetic tunnel junctions
本章对磁性隧道结中的自旋转移矩进行了综述。在第一部分中，我们提出了一个概述的实验和理论研究，解决在磁性隧道结电流感生磁化激发。最显着的结果，并讨论了主要的可观察到的特性。最后对铁磁体中的自旋转移机制进行了描述。在第二部分中，发展了非晶势垒磁性隧道结中自旋输运的量子描述。自旋相关的反射，以及电子入射和自旋过滤的障碍的作用进行了说明。我们表明，这些机制引起的特定性质的自旋转移隧道结中，非常不同的金属自旋阀的情况下。在第三部分中，我们导出了磁性隧道结中自旋转移的理论观测特征，并讨论了这些结果的有效性，并与最近的实验结果进行了比较。为了结束本章，我们研究了半金属隧道结中的自旋转移机制，期望模仿MgO基磁性隧道结。
2008-02-26 cond-mat.mes-hall
Spin Torque Generated by Valley Hall Effect in WSe2
单层过渡金属二硫属化物由于其稳健的自旋谷锁定价态而成为自旋电子学的有前途的材料，使得能够通过谷霍尔效应进行有效的电荷到自旋转换，其中非平衡自旋具有数百纳米的长自旋扩散长度。在这项工作中，我们表明，注入一个纯粹的谷电流，诱导谷霍尔效应在WSe 2单层，赋予自旋力矩上的磁化覆盖的Fe或CoFe的隧道结构。扭矩效率被发现是在传统的垂直磁隧道结，可以进一步优化与谷霍尔角在WSe 2。自旋扭矩的谷性质在电流平面内配置中产生平面外阻尼类扭矩，消失了平行于平面的电荷传输以及通过门控可调的扭矩效率。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size dependence of spin-torque switching in perpendicular magnetic tunnel junctions
我们模拟了零温下具有垂直各向异性的薄圆盘中自旋矩引起的磁化反转。直径通常小于20 nm的纳米粒子表现出相干反转。在较大的磁盘中包含畴壁。我们推导出这种转变的临界直径。通过对临界电压的适当定义，宏观自旋模型可以很好地解释相干反转时的反转动力学。无论开关路径如何，相同的临界电压似乎与微磁性开关电压相匹配。
2018-11-15 cond-mat.mes-hall
Current and Spin-Torque in Double Tunnel Barrier Ferromagnet - Superconductor - Ferromagnet Systems
计算了对称双隧道势垒铁磁-超导-铁磁（F-S-F）系统中的电流和自旋矩。当自旋翻转弛豫时间大于输运停留时间时，超导体上的自旋积累决定了输运性质。在弹性输运区，证明了F-S-F系统的电流（自旋矩）的相对变化等于F-N-F系统的电流（自旋矩）的相对变化，改变两个铁磁体的相对磁化方向。这与非弹性输运区的结果不同，在非弹性输运区中，自旋积累抑制了超导能隙并显著改变了磁阻[S.高桥，H. Imamura和S. Maekawa，Phys. Rev. Lett. 82，3911（1999）]。实验相关的弹性和非弹性的运输制度，分别，以及在运输性能的变化的原因进行了讨论。
2002-08-14 cond-mat.mes-hall
Critical Tunneling Currents in Quantum Hall Superfluids: Pseudospin-Transfer Torque Theory
在总填充因子$ν=1$下，量子霍尔双层膜可以具有有序的基态，并具有自发的层间相位相干性.有序状态的实验信号显着增强层间隧道电导在低偏置电压，在较大的偏置电压层间电流是类似的无序状态。我们将这种行为的变化与临界电流的存在，超过该临界电流，静态层间相位差不能被维持，并检查样品的几何形状，相位刚度，和相干隧穿能量密度的依赖性，这个临界电流。我们的分析部分是基于金属铁磁体中的相干双层行为和自旋转移矩物理之间的类比。与最近的实验比较表明，无序可以显着抑制临界电流。
2010-01-18 cond-mat.mes-hall
Giant thermal spin torque assisted magnetic tunnel junction switching
自旋极化电荷电流通过自旋转移矩（STT）诱导磁性隧道结（MTJ）开关。最近，通过利用磁性材料的自旋相关热电性质，已经提出了从温度梯度产生自旋电流及其相关联的热自旋力矩（TST）的新方法，但是到目前为止，这些TST还没有大到足以影响MTJ切换。在这里，我们展示了显着的TST在MTJ通过产生大的温度梯度在很大程度上影响的MTJ的开关领域的MgO隧道势垒。我们把TST的起源归因于MTJ的零偏置电压上的隧穿电导的不对称性。值得注意的是，我们通过磁塞贝克电压测量估计，由于温度梯度而产生的电荷电流将产生STT，STT太小了一千倍，无法解释我们观察到的开关场的变化。
2015-06-11 cond-mat.mes-hall
Multi-scale modelling of current-induced switching in magnetic tunnel junctions using ab initio spin transfer torques
在开发用于非易失性存储器装置的具有低写入电流的有效磁性隧道结方面存在重大挑战。为了分析有效的电流操作磁结的潜在材料，我们已经开发了一种多尺度的方法，结合自旋转移力矩的从头计算与大规模的时间依赖性模拟，使用原子自旋动力学。在这项工作中，我们介绍了我们的多尺度方法，包括讨论了一些可能的映射方案的从头计算自旋力矩到自旋动力学。我们证明了这种方法的原型Co/MgO/Co/Cu隧道结显示的自旋力矩主要作用在Co自由层和MgO之间的界面。使用自旋动力学，然后我们计算的自由层的反转开关时间和这种开关所需的临界电压和电流。我们的工作提供了一个有效的，准确的和通用的框架，设计新颖的电流驱动的磁性器件，其中所有的材料细节都考虑在内。
2017-10-02 cond-mat.mes-hall
Fast, low-current spin-orbit torque switching of magnetic tunnel junctions through atomic modifications of the free layer interfaces
自旋轨道扭矩的未来应用将需要新的机制来提高切换纳米级磁性隧道结（MTJ）的效率，同时还控制磁动力学以实现具有低写入错误率的快速纳秒级性能。在这里，我们展示了一种策略，同时提高界面的磁各向异性能量和抑制界面的自旋记忆损失，通过引入亚原子和单原子层的铪在顶部和底部界面的铁磁自由层的面内磁化的三端MTJ器件。当与产生自旋-轨道扭矩的beta-W自旋霍尔沟道结合时，累积效应是5.4 x 106 A/cm 2的切换电流密度，比室温下任何其他自旋-轨道-扭矩磁存储器件中所展示的低3倍以上，并且具有仅2 ns长的电流脉冲的高度可靠的切换。
2017-10-17 cond-mat.mes-hall
Nanosecond-timescale low error switching of in-plane magnetic tunnel junctions through dynamic Oersted-field assisted spin-Hall effect
我们研究了三端器件中面内磁化磁性隧道结的快脉冲开关，其中自旋转移力矩通过巨自旋霍尔效应施加到MTJ上。我们测量可靠的开关，写入错误率低至$10^{-5}$，使用电流脉冲短至2 ns的持续时间。这代表了迄今为止报道的任何自旋扭矩驱动的磁存储器几何结构的最快可靠切换，并且对应于显著短于在室温下受到热波动的面内MTJ的宏自旋模型内预测的可能的特征时间尺度。使用微磁学模拟，我们表明，在3端自旋霍尔器件的奥斯特磁场产生的脉冲电流强烈修改的自旋霍尔扭矩激发的磁动力学，使这种意想不到的性能改善。我们的研究结果表明，在平面MTJ控制的奥斯特场辅助自旋霍尔扭矩是一个很有前途的候选人，高速缓存存储器的应用需要高的速度和低温存储器需要低的写入能量。
2016-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal spin-transfer torque in magnetic tunnel junctions
热自旋转移矩（TSTT）是一种仅通过温度梯度来切换磁性隧道结中的磁性自由层的效应。我们提出了从头计算的TSTT。特别是，我们讨论了磁层成分的影响，考虑$\text{Fe}_\text{x}\text{Co}_{\text{1-x}}$合金。此外，我们比较了TSTT的偏置电压驱动的STT，并讨论了可能的热开关的要求。例如，仅对于3个单层MgO的非常薄的阻挡层，热切换是可以想象的。然而，即使对于如此薄的势垒，TSTT对于目前的切换来说仍然太小，并且需要进一步优化。特别是，TSTT强烈依赖于铁磁层的组成。在我们目前的研究中，事实证明，在所选择的铁磁层的厚度，纯铁给出了最高的热自旋转移扭矩。
2013-11-06 cond-mat.mes-hall
Exploring the Role of Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Write Error Rate Anomalies of Spin-Transfer Torque Magnetic Tunnel Junctions
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）
本研究通过微磁模拟探究界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）在STT-MRAM写错误率（WER）异常中的作用，发现DMI会促进非相干反转、延长开关时间并产生中间多畴态，导致类气球效应，指出界面工程可提升器件可靠性。
2025-11-13 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
Spin-Conserving Resonant Tunneling in Twist-Controlled WSe2-hBN-WSe2 Heterostructures
我们研究异质结构的层间隧穿由两个钨二硒化物（WSe 2）单层与控制旋转对齐，并分开的六方氮化硼。在两个WSe 2单层旋转排列的样品中，我们观察到共振隧穿，表现为在零层间偏压附近的大电导和负微分电阻，这源于能量和动量守恒隧穿。由于自旋-轨道耦合导致耦合的自旋-谷自由度，两个WSe 2单层之间的扭曲允许我们探测隧穿中自旋-谷自由度的守恒。在异质结构中，两个WSe 2单层具有180°的相对扭曲，使得一层的布里渊区与相对层的时间反演布里渊区对齐，层之间的共振隧穿被抑制。这些研究结果提供的证据表明，除了动量，自旋谷自由度也保存在垂直运输。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Time-domain stability of parametric synchronization in a spin-torque nano-oscillator based on a magnetic tunnel junction
本文报道了基于磁隧道结的自旋力矩纳米振荡器（STNO）中参量同步的时域研究。参数同步STNO的瞬时频率（$f_{i}$）的时域测量示出了对于低注入射频（RF）功率的STNO信号的随机短期解锁，这不能在时间平均频域测量中揭示。宏观自旋模拟再现了实验结果，并揭示了同步过程中的随机解锁是由热涨落驱动的。我们表明，通过使用高注入的RF功率，可以避免随机解锁的STNO。然而，一个完美的同步，其特征在于完全抑制相位噪声，所谓的相位噪声压缩，只能在一个显着更高的RF功率。我们的宏观自旋模拟表明，较低的温度和较高的正比例的类场转矩的自旋转移转矩降低的阈值RF功率所需的相位噪声压缩下的参数同步。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall
Spin transfer torques and spin-dependent transport in a metallic F/AF/N tunneling junction
我们研究了自旋相关的电子输运通过铁磁-反铁磁-正常金属隧道结的电压或温度偏置，在没有自旋轨道耦合。我们推导出各种类型的反铁磁作用的自旋力矩以及电荷和自旋电流流过结的微观公式。所得结果适用于慢磁化动力学极限。我们确定了一个参数制度，其中一个非常规的阻尼类扭矩可以成为相当于常规Slonczewski的扭矩广义反铁磁体的大小。此外，我们发现，反铁磁亚晶格结构开辟了一个通道的电子输运，它没有一个铁磁类似物，这种机制导致一个明显的类场扭矩。通过结的电荷电导和自旋电流传输取决于铁磁和反铁磁矢量的相对取向（序参量）。所获得的电荷和自旋电流的公式使我们能够确定负责这种角度依赖性的微观机制，并评估作为自旋电流极化器的反铁磁金属的效率。
2018-09-09 cond-mat.mes-hall
