Electrical control over perpendicular magnetization switching driven by spin-orbit torques
利用电学方法灵活控制自旋轨道电子学的磁化翻转是实现自旋轨道电子学应用的关键。除了与所施加的场平行的切换电流之外，还引入了与切换电流正交的偏置电流，以调谐有效的类阻尼和类场转矩的大小，并进一步电控制磁化切换。在Pt/Co/MgO和$α$ -Ta/CoFeB/MgO系统中，分别实现了极性相反的偏置电流对临界开关电流的对称和非对称控制。本研究不仅辨识类场转矩与类阻尼转矩对开关过程的影响，而且提出一种控制类场转矩与类阻尼转矩的电气方法。
2016-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching by current and microwaves
提出了一个由电流和微波共同作用下铁磁多层膜磁化翻转的理论模型。电流在磁化上产生自旋转移力矩，而微波在初始状态附近引起磁化的进动。通过对Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程的数值模拟，发现在一定的微波频率范围内，自旋转移矩引起的开关电流比自旋转移矩引起的开关电流有明显的减小.我们开发了一个理论的切换从LLG方程平均在一个恒定的能量曲线。结果发现，开关电流应分为四个区域，这取决于微波频率的值。在此基础上，推导出了使开关电流最小的最佳频率的解析表达式，该频率小于铁磁谐振频率。推导了最小开关电流的解析公式。随着微波场幅值的增加，最佳频率和最小开关电流均减小。这一结果对于同时实现高的热稳定性和低的开关电流具有重要意义。
2016-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature magnetization switching in topological insulator-ferromagnet heterostructures by spin-orbit torques
具有自旋动量锁定拓扑表面态的拓扑绝缘体（TI）在TI/铁磁体系统中表现出巨大的自旋轨道矩（SOT）。到目前为止，TI SOT驱动的磁化开关仅在1.9 K的Cr掺杂TI中报道。在这里，我们直接显示了巨大的SOT驱动的磁化翻转Bi 2Se 3/NiFe异质结在室温下捕获使用磁光克尔效应显微镜。我们确定了一个大的电荷自旋转换效率为~1-1.75的薄TI膜，其中TSS是占主导地位的。此外，我们发现磁化翻转所需的电流密度非常低，约为6x10^5 A cm-2，比重金属小一到两个数量级。我们的示范室温磁化开关的传统的3D铁磁体使用Bi 2Se 3可能会导致潜在的创新TI为基础的自旋电子应用。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low power switching of magnetization using enhanced magnetic anisotropy with short-voltage-pulse application
提出了一种基于电压控制磁各向异性（VCMA）的低功耗磁化翻转方案。与在电压脉冲期间消除磁各向异性的使用VCMA的常规切换方案相比，磁各向异性被增强以引起围绕接近易磁化轴的轴的进动。在进动周期的一半处关断电压保护器后，磁化向相反的平衡方向弛豫。我们进行数值模拟，并表明，所提出的开关方案的脉冲持续时间是几十皮秒一样短。这样短的脉冲持续时间对于低功耗是有益的，因为焦耳加热的能量损失减少。
2020-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The magneto-optical Barnett effect and spin momentum transfer:Magnetization switching by circularly polarized light
偏振光的相互作用与自旋耗散的存在下被证明是等价的自旋转移过程，可以导致开关。在等离子体中，自旋转移由自旋-自旋交换项主导，而在较低的能量密度下，它由光学Barnett效应主导。后一种效应与光学声子结合使用，以预测飞秒磁化反转相信是最近测量的GdCoFe薄膜。基于Bloch和Landau-Lifshitz方程的传统方法不能再现这种超快开关。
2007-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-free Magnetization Switching by Utilizing the Spin Hall Effect and Interlayer Exchange Coupling of Iridium
通过自旋霍尔效应的自旋轨道矩（SOT）的磁化切换代表了用于磁阻随机存取存储器（MRAM）的自旋转移矩（STT）的磁化切换的竞争性替代方案，因为其不需要高密度电流通过隧道结。然而，对于垂直MRAM，自由层的SOT驱动切换需要外部面内场，这对实际应用中的可行性造成限制。在这里，我们展示了无场磁化切换的垂直磁铁，通过利用铱（Ir）层。Ir层不仅通过自旋霍尔效应提供SOT，而且还诱导与面内磁性层的层间交换耦合，这消除了对外部场的需要。Ir层的这种双重功能允许将来构建用于存储器和逻辑应用的磁阻堆叠。实验观察表明，SOT驱动的无场磁化反转的特点是畴形核和扩展。进行微磁建模，以提供在面内交换耦合场的存在下的垂直磁化反转过程的深入理解。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Field-free-switching state diagram of perpendicular magnetization subjected to conventional and unconventional spin-orbit torques
在强自旋轨道耦合的非磁性材料中缺乏某些晶体对称性允许存在非常规自旋霍尔响应，其中电生成的横向自旋电流具有共线流动和自旋方向。将这种自旋电流注入相邻铁磁层可以通过非常规的自旋轨道扭矩激发磁化动力学，从而导致具有垂直磁各向异性的铁磁体中的确定性切换。我们研究了传统和非传统的自旋轨道转矩之间的相互作用的磁化动力学的垂直铁磁体在小的固有阻尼限制，并确定了一套丰富的动力学制度，包括确定性和概率开关，进动和钉扎状态。与通常的看法相反，我们发现存在一个临界的常规自旋霍尔角，超过该角，确定性磁化切换过渡到旋进或钉扎状态。相反，我们表明，较大的非常规自旋霍尔角通常有利于确定性开关。我们推导出一个近似的表达式，定性地描述了完全确定性的开关和岁差状态之间的状态图边界，并讨论了一个标准，用于搜索破碎的自旋霍尔材料，以最大限度地提高开关效率。我们的工作为高效节能的自旋电子器件提供了一个路线图，这可能为先进的内存计算技术的应用打开大门。
2022-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accelerating the switching of logical units by anisotropy driven magnetization dynamics
在这项工作中，支持在非磁性基板上的集群的磁化动力学表现出前所未有的复杂响应时，受到外部磁场。利用第一性原理计算和原子自旋动力学模拟研究了沉积在Cu（111）表面的Co团簇的场驱动磁化反转.对于从1特斯拉到10特斯拉范围内的应用领域，我们观察到一个相干的磁化反转的开关时间在几十分之几皮秒到几纳秒的范围内，这取决于磁场强度。我们发现一个非单调的依赖性的开关时间相对于所施加的电场的强度，我们证明了它的起源在这些低维系统的复杂的磁各向异性景观。这种效果被证明是稳定的温度约为10 K，并有可能实现在一系列的交换相互作用和各向异性景观。可能的实验路线，以实现这种独特的开关行为进行了讨论。
2012-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pulse-assisted magnetization switching in magnetic nanowires at picosecond and nanosecond timescales with low energy
详细了解磁性纳米材料中的自旋动力学对于开发超快、低能和高密度自旋电子逻辑和存储器是必要的。在这里，我们开发的微磁模型和解析解，阐明增加阻尼和单轴各向异性的磁场脉冲辅助开关时间，能量和场的要求与垂直磁各向异性和钇铁石榴石类自旋输运性质的纳米线的效果。纳米线最初使用外部磁场脉冲（写入）和自弛豫来磁化。接下来，磁矩表现出确定性的开关后，接收2.5 ns长的外部磁脉冲在两个垂直极性。有利的阻尼（α~0.1-0.5）和各向异性能（10^4-10^5 J·m^-3）允许低至皮秒的磁化转换时间。利用自旋进动不稳定性，观察到磁场低于磁化强度的磁化反转。在开关速率、能量成本和所需的外部场之间出现了竞争或纳米磁性三元困境。开发具有优化阻尼和有效各向异性的磁性纳米线可以在室温下将开关势垒降低到3163 kBT。因此，纳米磁体中的脉冲辅助皮秒和低能量开关可以实现超快纳米磁性逻辑和元胞自动机。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Effective Reduction of Critical Current for Current-Induced Magnetization Switching by a Ru Layer Insertion in an Exchange-Biased Spin-Valve
最近，已经预测，自旋极化的电流直接流过磁性元件的平行面（CPP）可以通过自旋动量转移引起磁化翻转。本文首次报道了在室温下交换偏置自旋阀（ESPVs）中的电流诱导磁化翻转（CIMS）现象。ESPV在具有非常高的临界电流密度的扫频直流电流下表现出CIMS行为。它表明，薄钌（Ru）层插入之间的自由层和顶部电极有效地降低了临界电流密度的CIMS。当自由层的厚度增加时，还观察到“逆”CIMS行为。
2004-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically-induced magnetization switching in NiCo2O4 thin films using ultrafast lasers
本文利用MOKE显微镜观察了具有垂直磁各向异性的NCO外延薄膜在无外加磁场下的激光诱导磁化反转，发现在380 K及以上可实现累积全光反转，为超快无磁场磁化存储提供新途径。
2022-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Highly-Tunable Coercivity and Highly-Efficient Nonvolatile Multi-States Magnetization Switching by Small Current in Single 2D Ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$
本文通过二维铁磁体Fe$_3$GaTe$_2$在室温下实现了高度可调矫顽力与低功耗非易失性多态磁化翻转，为低功耗二维自旋电子学应用开辟了新途径。
2023-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral symmetry breaking for deterministic switching of perpendicular magnetization by spin-orbit torque
对称性破缺是确定分岔系统在过临界点时遵循哪一分支的特征。具体来说，在自旋-轨道力矩（SOT）器件中，一个基本的问题出现了：如何打破平面内自旋极化的垂直磁矩的对称性？在这里，我们表明，手征对称性破缺的双折射可以诱导确定性的SOT开关的垂直磁化。通过引入饱和磁化强度梯度或磁各向异性梯度，利用有效SOT强度梯度形成非共线自旋织构，从而破坏SOT诱导自旋织构的手征对称性，导致确定性磁化翻转.我们介绍了一种策略，以诱导出平面（z）梯度的磁性能，作为一个实用的解决方案，晶圆级制造的SOT设备。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque as a method for field-free detection of in-plane magnetization switching
我们提出并证明了一种简单的方法，用于检测在非磁性/磁性材料的双层膜的自旋轨道矩（SOT）的面内磁化翻转。在我们的方法中，SOT不仅用于磁化切换，而且用于检测。该方法无需外加磁场即可检测出任意Mx和My分量，可用于快速表征X、Y和XY型SOT的磁化翻转。我们的SOT检测方案不仅可以用于快速表征SOT开关的双层，但也为赛道存储器的平面内磁畴的电检测。
2020-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetization switching by current in an elemental ferromagnetic single layer
该研究在单质镍铁磁单层中实现电流诱导垂直磁化翻转，发现其源于带面外分量的有效横向磁场，不同于传统自旋轨道矩机制，揭示了电流诱导力矩的内在机制，拓展了相关研究范畴。
2025-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-Orbit Torque and Magnetization Switching in 2D Ferromagnetic Devices
National Central University（中央大学）；McGill University（麦吉尔大学）
通过第一性原理计算研究范德华异质双层Cr3Te4/PtTe2中的非平衡自旋转矩，发现局域自旋感应产生类场转矩主导面内磁各向异性体系的翻转电流，并强调优化NM层自旋霍尔效应和FM层Rashba效应分别对垂直和面内磁各向异性翻转的重要性。
2026-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Facilitating field-free perpendicular magnetization switching with a Berry curvature dipole in a Weyl semimetal
该研究报道了WTe2/Fe3GeTe2异质结构中贝里曲率偶极子相关的轨道埃德尔斯坦效应产生的轨道力矩与自旋轨道力矩的协同作用，实现了无场垂直磁化翻转并独立调控两种力矩，加深了对力矩协同动力学的理解并为磁阻随机存取存储器应用提供思路。
2024-12-03 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
Ultrahigh efficient spin-orbit torque magnetization switching in all-sputtered topological insulator - ferromagnet multilayers
具有大垂直磁各向异性的铁磁体的自旋轨道力矩（SOT）磁化翻转在下一代非易失性磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。这就需要一个高性能的纯自旋电流源，具有大的自旋霍尔角和高的电导率，这可以通过大规模生产技术制造。在这项工作中，我们证明了高效和强大的SOT磁化开关在所有溅射的BiSb拓扑绝缘体垂直磁化Co/Pt多层膜。尽管通过工业友好的磁控溅射而不是实验室分子束外延来制造，但是拓扑绝缘体层BiSb显示出$θ$ $_{SH}$ = 12.3的大自旋霍尔角和$σ$ = 1.5 x $10^5$ $Ω^{-1}$ m $^{-1}$的高电导率。我们的研究结果证明了BiSb拓扑绝缘体用于实现超低功耗SOT-MRAM和其他基于SOI的自旋电子器件的大规模生产能力。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Spin Anomalous Hall Effect in L1$\rm_{0}$-FePt: Symmetry and Magnetization Switching
我们利用L1 $\rm_{0}$ -FePt / Cu / Ni $\rm_{81}$ Fe $\rm_{19}$的巨磁电阻器件定量评估了L1 $\rm_{0}$ -FePt铁磁体中产生自旋角动量流（自旋电流，$J_{\rm s}$）的自旋异常霍尔效应（SAHE）.由注入电荷电流调制的铁磁共振线宽（$J_{\rm c}$），得到自旋反常霍尔角（$ α_{\rm SAH} $）为0.25 $ \pm $ 0.03.在不同的配置之间的$J_{\rm c}$和磁化$ α_{\rm SAH} $的评价，使我们能够讨论SAHE的对称性，并给出明确的证据，SAHE是$J_{\rm s}$的来源。由于大的$ α_{\rm SAH} $，我们证明了SAHE诱导的磁化翻转。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching the magnetization of magnetostrictive nanomagnets from single-domain to non-volatile vortex states with a surface acoustic wave
我们报道了用从叉指电极发射的表面声波（SAW）操纵在体128° Y切割的钛酸锂上描绘的椭圆形钴磁致伸缩纳米磁体（标称尺寸~ 340 nm x 270 nm x 12 nm）的磁状态。最初被磁化为具有沿着椭圆的长轴指向的磁化的单畴状态的隔离的纳米磁体被调制这些纳米磁体的应力各向异性的表面声波驱动成涡旋状态。纳米磁体保持在涡旋状态，直到它们被强磁场复位到初始单畴状态，使得涡旋状态非易失性。这一现象是建模和解释使用微磁框架，并可能导致非常节能的磁化切换方法的发展。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Switching of Magnetization in Films of alpha-Iron with Naturally Hydroxidized Surface
通过使用电动工具而不是外部磁场来控制铁磁膜和异质结构中的磁化矢量可以导致低功率存储器件。我们观察到的强大的变化磁化状态的薄（约30 nm）的α-Fe膜覆盖的自然形成的层（约6 nm厚）的羟基氧化铁（FeOOH）下放电的电容器通过膜。引人注目的是，即使在室温下没有任何偏置场，磁化矢量也可以通过放电来切换。在这种电诱导磁化开关（EIMS），我们揭示了FeOOH层的关键作用。我们证明了实验证据，而不是放电电流本身，但由该电流产生的电场（10 kV/m的顺序）是负责EIMS。这里报道的结果提供了一个合理的解释所观察到的现象，在电场诱导的弱铁磁性的FeOOH层及其耦合与底层的α-Fe。
2016-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital Hall effect assisted field-free perpendicular magnetization switching
本文提出利用Mo底层的强轨道霍尔效应及轨道—自旋转换放大平面内类阻尼转矩，在Co/PtGd器件中实现无需外磁场的垂直磁化确定性翻转。
2025-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy dissipation and switching delay in spin-transfer torque switching of nanomagnets with low-saturation magnetization in the presence of thermal fluctuations
在形状各向异性单畴纳米磁体的自旋转移矩驱动的磁化切换中减小切换电流和能量耗散的常见策略是采用具有低饱和磁化强度$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$，同时仍然减少能量耗散显着。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall
Ultra-low-energy Electric field-induced Magnetization Switching in Multiferroic Heterostructures
多铁性材料中电场诱导的磁化翻转具有重要的基础研究和潜在的技术应用价值。本文综述了多铁性异质结构中电场诱导磁化翻转的研究进展。特别地，我们研究了在热涨落存在下，使用随机Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程在形状各向异性单畴纳米磁体中的两个稳定状态之间的磁化切换的动力学。对于应变耦合多铁性复合材料中的磁致伸缩纳米磁体，这种磁化动力学的研究，相反的稳态方案，揭示了有趣的新现象的二元开关机制。虽然传统的方法的二进制开关需要倾斜的电位分布所需的状态切换，我们表明，没有这样的倾斜是必要的成功切换，因为磁化的偏移磁铁的平面可以产生一个内置的不对称切换过程中。我们还研究了具有界面磁电耦合和磁交换耦合的多铁性异质结构中的开关动力学，这种耦合可以使开关的方向与外加电场的极性保持一致。我们计算的性能指标，如开关延迟和能量耗散在切换过程中，同时模拟LLG动态。性能指标结果是非常令人鼓舞的潜在的技术应用。
2017-03-06 cond-mat.mes-hall
A comparison of two different mechanisms for deterministic spin orbit torque magnetization switching
在这篇文章中，我们分析了两种可能的机制建模磁化切换使用自旋轨道转矩，据报道，在实验中导致无场确定性开关。在这里，我们比较了由于各向异性方向的倾斜对反铁磁偏置场的使用的无场磁化切换。简单的分析结果表明，偏置场不仅会引起磁化反转，而且会降低相应的能垒。在宏观自旋模型的基础上，分析了磁化翻转所需的临界电流。它示出，虽然由各向异性的倾斜所引起的无场确定性开关比偏置场在存储器元件的开发中更鲁棒，但在选择用于特定应用的参数时必须采用要求之间的折衷。
2020-03-11 cond-mat.mes-hall
Switching probability investigation of electric field-induced precessional magnetization switching
通过有限差分法数值求解Fokker-Planck方程，对电场诱导旋进磁化翻转的几率进行了理论研究。开关概率由进动过程后进动角偏离平衡位置所产生的净磁场决定。在适当的外加电场下，当电压脉冲持续时间$τ_{pulse}$略长于半旋进周期时，误差率最低。计算结果表明，当热稳定因子Δ = 50时，可以实现$10^{-12}$量级的超低误码率，自由层应采用低阻尼因子材料以提高开关概率。对于平行（反平行）磁化到反平行（平行）磁化的切换过程，当$τ_{pulse}$短于半旋进周期时，自旋转移力矩趋于减小（增大）错误率，并且当$τ_{pulse}$长于半旋进周期时，自旋转移力矩趋于增大（减小）错误率。这些结果展示了电场诱导的旋进磁化翻转对于超低功率、高速磁性随机存取存储器（MRAM）应用的潜力。
2013-12-20 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
Spin Hall Switching of the Magnetization in Ta/TbFeCo Structures with Bulk Perpendicular Anisotropy
首次研究了具有体垂直磁各向异性（bulk-PMA）的Ta/TbFeCo图形结构中的自旋-轨道力矩。研究了在垂直场、纵向场和横向场存在下的电流诱导磁化翻转。为了排除焦耳热效应，切换的磁化也证明使用电流脉冲。发现与自旋霍尔效应相关的反阻尼力矩很强，得到了约为0.12的自旋霍尔角。在这种结构中，与Rashba效应相关的类场扭矩可以忽略不计，这表明界面在类Rashba扭矩中起着重要作用。
2015-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Voltage-driven magnetization switching and spin pumping in Weyl semimetals
我们演示了磁性掺杂的外尔半金属中的电磁化翻转和自旋泵浦。Weyl半金属是一类新的拓扑半金属，由于手征反常，在电荷和磁化强度之间存在非平凡耦合。通过求解由Weyl半金属、绝缘体和金属组成的多层结构的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，同时考虑电荷-磁化耦合，分析了磁化动力学。结果表明，磁化动力学可以由电压驱动。因此，可以利用脉冲电压实现磁化的切换，以及利用所施加的振荡电压实现进动运动。这种效应只需要一个短的电压脉冲，因此与传统的自旋转移力矩切换相比，在自旋电子器件中对我们来说可能更有效。
2016-04-12 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit field switching of magnetization in ferromagnetic films with perpendicular anisotropy
作为传统磁场的替代方案，本文提出了一种基于空间反转非对称平面内巡游电子通过s-d交换相互作用所经历的Rashba场的有效自旋轨道场来控制磁化强度的方法.在具有垂直磁晶各向异性的铁磁薄膜中，利用电流感生的自旋轨道场，在面内施加很小的磁场即可实现磁化翻转。由短至10 ps的电流脉冲诱导的自旋轨道场可以有效地引发超快磁化翻转，具有实验上可实现的电流密度。整个开关过程在100 ps左右完成。
2012-06-07 cond-mat.mes-hall
Magnetization switching by microwaves initially rotating in opposite direction to precession
对微波辅助磁化反转中的磁化切换的共同理解是微波的旋转方向应与磁化的进动方向相同。然而，在这封信中，我们表明，微波最初旋转相反的磁化进动不稳定的磁化平衡，并诱导开关更有效地，当微波频率取决于时间。这个论点是从能量平衡方程解析推导出来的。我们还建立了一个模型，满足这一条件，并确认磁化开关单独微波通过使用数值模拟。
2015-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Deterministic magnetization switching by voltage-control of magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction under in-plane magnetic field
在微磁学模拟的基础上，提出了在面内磁场作用下，通过电压控制磁各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用实现三角形磁性元件的磁化翻转。所提出的开关方案不是触发开关，而是确定性开关，其中磁状态由所施加的电压脉冲的极性确定。阐明了转换的机理和条件。研究结果为磁电阻随机存储器提供了一种快速、低功耗的写入方法。
2019-06-04 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque-driven magnetization switching and thermal effects studied in Ta\CoFeB\MgO nanowires
我们证明了通过沿纳米线注入电流脉冲，在有和没有与电流方向共线的恒定且均匀的磁场的情况下，平面外磁化的Ta \CoFeB \MgO纳米线中的磁化切换。我们推断，一个有效的扭矩所产生的自旋轨道效应的多层驱动器的开关机制。虽然沿电流方向的磁化分量的生成对于发生切换是至关重要的，但我们观察到，即使没有纵向场，热生成的磁化波动也会导致切换。使用广义Néel-Brown模型的分析可以估计热诱导自旋轨道转矩切换过程的关键参数，例如尝试频率和有效能垒。
2014-05-02 cond-mat.mes-hall
Quality of Helicity-Dependent Magnetization Switching by Phonons
FELIX Laboratory, Radboud University（费利克斯实验室，拉德堡德大学）；College of Science and Technology, Nihon University（日本大学理工学部）
研究通过圆偏振横声子共振激发实现磁化反转，发现声子极化在磁性覆盖层中诱导稳健反转，且椭圆度变化不影响质量，但偏离共振时质量敏感。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall
Effect of Spin Torque on Magnetization Switching Speed Having Nonuniform Spin Distribution
研究了铁磁微粒中自旋力矩对磁化反转时间的影响，自旋力矩依赖于磁化强度的空间和时间导数。自旋扭矩的作用是耗散磁化进动的角动量，并且扭矩在自旋涡旋结构中增加。我们利用包含自旋矩项的Landau-Lifshitz-Gilbert方程计算了在直流磁场下的磁化反转时间。我们发现，自旋力矩改变磁化翻转速度显着在反转过程中，通过维持在一个中间状态的自旋涡旋。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall
Current-induced switching of YIG/Pt bilayers with in-plane magnetization due to Oersted fields
我们报告的开关的面内磁化的薄钇铁石榴石（YIG）/Pt双层膜的电流感应。开关或者是场感应的并由直流电流辅助，或者是电流感应的并由静态磁场辅助。在低至$10^5$ ~A/cm $^{2}$的电流密度和$\sim 40$ ~ $μ$ T的磁场下发生磁化反转，比铁磁金属小两个数量级，与YIG层的弱单轴各向异性一致。我们使用自旋霍尔磁阻的横向分量来感测YIG的磁性取向，同时扫描电流。我们的测量和模拟表明，电流感应的有效字段负责切换是由于奥斯特场所产生的电流在Pt层中流动，而不是由自旋轨道扭矩，和开关效率的影响由磁畴的钉扎。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Optical Receiver with Helicity Dependent Switching of Magnetization
在这项工作中，我们提出了螺旋度相关的切换（HDS）的磁化Co/Pt的能量有效的光接收器。设计用于光电信号转换的低功率光接收机已被证明是非常具有挑战性的。当前的接收器使用响应于输入光信号而产生光电流的光电二极管，并且需要功率消耗大的跨阻放大器来放大小光电流。在这里，我们提出了光螺旋度诱导的磁化切换，以克服光电二极管和随后的跨阻抗放大的要求，通过感测磁化的变化与磁性隧道结（MTJ）。利用圆偏振激光脉冲实现薄铁磁层的磁化翻转，表明光的螺旋度与磁化状态之间存在一一对应关系。我们建议利用这种现象，通过使用数字输入依赖的圆偏振激光脉冲直接切换薄Co/Pt铁磁体层的磁化状态在接收器。Co/Pt层被用作MTJ的自由层，其电阻被激光脉冲改变。利用输入数据和输出磁化状态之间的一一对应关系，MTJ电阻直接转换为数字输出信号。我们的器件到电路级仿真结果表明，基于HDS的光接收机仅消耗0.124 pJ/bit的能量，这是远远低于现有的技术。
2018-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Incoherent magnetization dynamics in strain mediated switching of magnetostrictive nanomagnets
对不同尺寸的磁致伸缩纳米磁体在应力作用下的磁化强度变化进行了微磁学研究。退磁，交换和应力各向异性能量之间的相互作用被用来解释丰富的物理尺寸依赖的磁化强度动态调制应力各向异性在平面纳米磁体诱导。这些研究对纳米磁体中应变介导的超低能磁化变化及其在节能纳米磁计算系统中的应用具有重要意义。
2015-11-14 cond-mat.mes-hall
Electromechanical Magnetization Switching
我们证明了复合多铁性扭振子的磁矩可以通过电场进行开关。180 ° $^o$切换由自旋-旋转耦合引起，并且不像在固定磁体的情况下那样被磁矩和电场的不同对称性所禁止。分析方程描述的系统已经推导和研究数值。已经获得了显示开关所需的参数范围的相图。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall
Electric field-induced magnetization switching in interface-coupled multiferroic heterostructures: A highly-dense, non-volatile, and ultra-low-energy computing paradigm
多铁性磁电器件中的电场感生磁化翻转是超越摩尔定律计算的一个很有前途的研究方向。我们在这里表明，界面耦合的多铁性异质结构，即，与铁磁层耦合的铁电层特别适合于高密度、非易失性和超低能量计算。通过求解随机Landau-Lifshitz-Gilbert磁化动力学方程，证明了在亚纳秒延迟下，只需花费$\sim$ 1阿焦耳的极小能量，就可以实现磁化的容错切换.这种设备可以通过从环境中汲取能量来操作，而不需要外部电池。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall
Influence of Quantum and Thermal Noise on Spin-Torque-Driven Magnetization Switching
本文应用新近发展的自旋转移矩量子理论，研究了自旋转移过程中的量子噪声对自旋转移矩驱动器件中磁化翻转的影响。量子噪声引起零温开关时间的大幅波动。通过引入热噪声，在蒙特卡罗模拟中得到了开关时间的期望值和标准偏差随温度的变化关系，并将结果拟合到有效的首次通过模型中。我们期望这里的预测在单次测量实验中是可观察的。
2013-03-27 cond-mat.mes-hall
Voltage-driven Magnetization Switching via Dirac Magnetic Anisotropy and Spin--orbit Torque in Topological-insulator-based Magnetic Heterostructures
磁化动力学的电场控制对于未来的自旋电子器件是基本的和技术上重要的。基于电场对磁各向异性和自旋轨道矩的控制，提出了两种不同的方法来实现拓扑绝缘体（TI）/磁-TI混合系统的磁化切换.在磁TI的磁各向异性能的公式解析为费米能量的函数，它被证实，面外磁化总是有利于部分占据的表面带。还提出了一种具有非易失性磁存储器功能的晶体管类器件，其使用电压驱动写入和（量子）反常霍尔效应进行读出。对于磁化反转，利用Cr掺杂的Bi_{1-x}（Sb_{x}）_{2} Te_{3}，估计的源极-漏极电流密度和栅极电压的数量级为$10^4$- $10^5$ THABMQ ~A/cm $^2$和0.1~V，写入时不需要外加磁场。还讨论了磁邻近效应的TI/铁磁绝缘体双层膜的磁化翻转的可能性，提出的方法。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reduction of back switching by large damping ferromagnetic material
最近的研究磁化动力学引起的自旋-轨道扭矩揭示了一个弱的依赖于铁磁自由层的阻尼常数的磁化切换的临界电流。然而，这项研究表明，阻尼常数在自旋轨道转矩引起的磁化翻转中起着关键作用。易磁化轴平行于电流方向的铁磁体中会发生一种不希望发生的回切现象，这种回切现象称为反向回切。数值和理论分析表明，当铁磁体的阻尼常数较大时，反向开关被强烈抑制。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Blueprint for deterministic all-optical switching of magnetization
我们解决了一个重大的争议，如何理解和工程师的单发全光开关的磁化亚铁磁体使用飞秒或皮秒长的热脉冲。通过逼真地模拟一个通用的亚铁磁体作为两个耦合的宏自旋，我们全面地表明，净磁化可以通过不同的途径被逆转，使用热脉冲的持续时间跨越所有相关的时间尺度内的非绝热限制。这种概念理解通过研究GdFeCo合金中开关过程失去可靠性的材料和光学极限的实验得到充分验证。我们的解释和结果构成了一个蓝图，了解如何确定性的全光开关可以实现替代亚铁磁体使用短的热脉冲。
2019-04-26 cond-mat.mes-hall
All optical resonant magnetization switching in $\text{CrI}_3$ monolayers
在不施加外部磁场的情况下有效地控制磁化是自旋电子学的最终目标。我们证明，在单层的$\text{CrI}_3$，磁化可以切换所有光学，通过应用的圆偏振光的共振脉冲。这是由于晶格磁化强度与亮激子跃迁的有效耦合。因此，$\text{CrI}_3$在自旋电子学和超快磁存储领域具有很大的应用潜力，是一种很有前景的功能材料。
2021-04-28 cond-mat.mes-hall
Role of the chiral spin configuration in field-free spin-orbit torque-induced magnetization switching by a locally injected spin current
对于在垂直磁各向异性系统中通过自旋轨道转矩（SOT）的确定性磁化切换，附加的面内方向磁场对于通过破坏磁化对称性的确定性切换是必不可少的。在磁有序系统中实现手性可以是用于实现无场磁化切换的横向方向上的不对称性的一种方法。然而，手征自旋系统对确定性开关的影响的系统分析仍然很少。在这份报告中，实现无场SOT诱导磁化翻转通过使用手性自旋配置的实验和微磁学模拟研究。我们设计了一个系统，其中只有部分的铁磁层与Pt/Co/MgO结构中的重金属层重叠。因此，自旋电流仅施加在铁磁层的局部区域上，这导致Néel型手性自旋配置。诱导的手性自旋配置可以稳定（或不稳定）取决于系统的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的符号。稳定的自旋组态在零场确定性开关中起着至关重要的作用。我们希望我们的研究结果，以拓宽手性为基础的全电SOT器件制造的前景。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall
Inversion of ferrimagnetic magnetization by ferroelectric switching via a novel magnetoelectric coupling
尽管已经广泛地研究了几种多铁性材料/异质结构，但是找到用于磁化的电场控制的强磁电耦合仍然具有挑战性。在这里，一种新的界面磁电耦合的基础上的三个组件（铁电偶极子，磁矩，反铁磁秩序）解析制定。作为载流子介导的磁电效应的一种延伸，这种新的耦合被证明可以引起电-磁磁滞回线。提出了采用沿[ $111$ ]轴生长的BiFeO $_3$双层的实现。在不涉及磁相变的情况下，磁化取向可以通过由场效应驱动的载波调制来切换，如使用第一性原理计算所确认的。
2016-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Reduction of energy cost of magnetization switching in a biaxial nanoparticle by use of internal dynamics
本文针对双轴各向异性纳米颗粒，通过数值计算最优控制路径并利用内部力矩效应，实现了磁化翻转能量成本的降低，同时兼顾翻转速度与热稳定性。
2023-06-20 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Magnetization switching of FePt nanoparticle recording medium by femtosecond laser pulses
利用超短激光脉冲对磁化强度进行控制是一种很有前途的信息存储技术。磁化响应的动态取决于初始激光激发期间从光子到自旋的能量转移。用于磁存储的特别感兴趣的材料是FePt纳米颗粒，Lambert等人最近证明了在其上具有光学角动量的光学写入，尽管其机制尚不清楚。在这里，我们研究的实验和理论的全光开关的FePt纳米粒子。我们表明，磁化开关是一个随机过程。我们开发了一个完整的多尺度模型，它使我们能够优化在我们的实验中写入高各向异性FePt纳米颗粒的磁化强度所需的激光照射次数。我们的结论是，只有角动量诱导的逆法拉第效应的光学将提供一个单一的飞秒激光脉冲开关。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall
Magnetization switching by microwaves synchronized in the vicinity of precession frequency
我们提出了一个理论框架的磁化开关仅由微波。微波频率总是接近但稍微不同于磁化的振荡频率。通过有效地吸收来自微波的能量，磁化沿着能量图向上攀升，以使进动与微波同步。我们引入了一个无量纲参数$ε$，它决定了微波频率和磁化瞬时振荡频率之间的差异。我们解析地推导了$ε$实现磁化切换的条件，并通过与数值模拟的比较证实了其有效性。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall nlin.AO
Current Assisted Magnetization Switching in (Ga,Mn)As Nanodevices
电流诱导的磁化切换和电阻与域壁钉扎在纳米收缩先前都已报道在（Ga，Mn）As为基础的设备，但使用非常不同的实验方案和设备的几何形状。在这里，我们报告在一个单一的纳米器件，这构成了一个重要的一步，最终实现自旋电子器件，利用畴壁存储，运输和操纵信息的同时观察到这两种效果。
2006-02-06 cond-mat.mes-hall
