Tuning perpendicular magnetic anisotropy in the MgO/CoFeB/Ta thin films
理解铁磁金属/氧化物界面的磁各向异性是一个基础和有趣的课题。本文提出了一种通过改变MgO/CoFeB/Ta薄膜中MgO的厚度来控制垂直磁各向异性（PMA）强度的方法。我们确定，PMA在MgO/CoFeB界面的块状MgO层的晶体结构的调谐和显着降低，由于晶体MgO形成的发病与MgO厚度的增加。我们的工作开辟了一条途径来操纵磁各向异性的铁磁金属/氧化物界面的修改。
2014-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Correlation of tunnel magnetoresistance with the magnetic properties in perpendicular CoFeB-based junctions with exchange bias
研究了一系列垂直排列的Ta/Pd/IrMn/CoFe/Ta $(\textit{x})$ /CoFeB/MgO $(\textit{y})$/CoFeB $(\textit{z})$ /Ta/Pd磁性隧道结的磁性能与退火温度/时间、钉扎电极中软铁磁电极和Ta尘化层厚度的关系以及它们与隧道磁阻比的关系。我们得到了一个大的垂直交换偏置为79.6 $\,$ kA/m的$x=0.3\,$ nm。对于具有$z=1.05\,$ nm的叠层，软电极的磁性质类似于超顺磁性的特征。对于具有$x=0.4\,$ nm、$y=2\,$ nm和$z=1.20\,$ nm的堆叠，在后退火温度$T_\textrm{ann}=330\,^{\circ}$ C下退火60 min后，交换偏压呈现出显著降低，而层间交换耦合和单位面积的饱和磁化强度在$T_\textrm{ann}=340\,^{\circ}$ C下退火60 min后急剧衰减。同时，隧道磁阻比在$T_\textrm{ann}=300\,^{\circ}$ C下退火60 min后显示出$65.5\%$的峰值，对于较高的退火温度（$T_\textrm{ann}\geq330\,^{\circ}$ C），显著降低至$10\%$，对于较长的退火时间（$T_\textrm{ann}=300\,^{\circ}$ C，90分钟），显著降低至$14\%$。我们将隧道磁电…
2018-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Domain structure in CoFeB thin films with perpendicular magnetic anisotropy
用磁光克尔效应显微镜观察了不同温度下具有垂直易磁化轴的CoFeB MgO薄膜的磁畴结构。通过分析条纹畴的空间周期，并将已建立的畴模型拟合到周期上，得到畴壁表面能。结合SQUID测量的磁化强度和各向异性能，这导致在这些薄膜中的交换刚度和畴壁宽度的估计。这些参数对于确定畴壁是否将在由这些材料制成的图案化结构和器件中形成是必不可少的。
2012-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of the spin Hall angle and switching current in the nc-W(O)/CoFeB/MgO system with perpendicular magnetic anisotropy
我们研究了沉积在具有大氧含量的纳米晶钨薄膜nc-W（O）上的垂直磁化CoFeB薄膜的开关电流的温度依赖性。自旋霍尔角$|Θ_\mathrm{SH}| \approx 0.22$与温度无关，而开关电流在低温下强烈增加。我们发现nc-W（O）对退火不敏感。因此，对于在制造期间需要高温退火工艺的磁存储器或逻辑器件中集成自旋霍尔驱动的信息写入，它可以是一个很好的选择。
2016-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Dependent Magnetoelasticity and its Effects on Perpendicular Magnetic Anisotropy in Ta|CoFeB|MgO Thin Films
我们报告的测量超薄Ta |CoFeB| MgO层作为单轴应变的函数的面内磁弹性耦合，使用四点弯曲装置进行。对于退火的样品，我们观察到强烈的依赖于CoFeB层的厚度在1.3-2.0 nm的范围内，这可以被建模为所产生的组合的有效表面和体积的磁致弹性耦合的贡献。我们指出，如果存在类似的厚度依赖性的磁弹性耦合响应双轴应变，那么标准的Néel模型的磁各向异性能量收购一项成反比的磁性层厚度。这种贡献可以显著改变整体磁各向异性，并为磁各向异性能量对磁性层厚度的强非线性依赖性提供了自然的解释，这种依赖性通常在退火的CoFeB中观察到|具有垂直磁各向异性的MgO薄膜。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Domain imaging, MOKE and magnetoresistance studies of CoFeB films for MRAM applications
我们提出了一个详细的研究领域的成像，克尔效应磁强计（MOKE）和磁阻（MR），为一系列的20 nm的钴$_{73.8}$铁$_{16.2}$ B $_{10}$薄膜，作为沉积（非晶）和退火（结晶）。通过考虑两个不同的（正交）面内磁化分量，通过MOKE测量获得，我们能够研究CoFeB沉积过程中诱导的单轴各向异性，并区分平行和垂直于这样的轴的磁场下的磁化过程。MOKE磁成像使我们能够观察到占主导地位的磁化过程，即畴壁运动和磁矩旋转。这些过程与磁电阻的行为，这取决于短程自旋无序电子散射和电流和自发磁化（$\emph{\textbf{M}}_{S}$）之间的角度。一个简单的数值处理的基础上Stoner-Wolfarth模型，使我们能够满意地预测在这些薄膜中观察到的磁化行为。在Co $_{73.8}$ Fe $_{16.2}$ B $_{10}$膜中的结果与先前在退火Co $_{80}$ Fe $_{20}$膜中获得的结果之间的比较表明，在CoFe中引入硼显著地降低了沿易磁化轴的矫顽场和饱和场（例如，$H_{c}$从$\sim$ 2下降到$\sim$ 0.5 kAm $^{-1}$）。此外，沿难磁化轴的磁化饱和在较低的领域。我们得出结论，非晶和纳米晶CoFeB薄膜显示低矫顽场和突然切换，以及切换后的短程自旋无序效应的情况下相比，Co $_{80}$ Fe $_{20}$。
2006-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Ta insertions on the magnetic properties of MgO/CoFeB/MgO films probed by ferromagnetic resonance
通过矢量网络分析仪的铁磁共振测量表明，在垂直磁化的MgO/CoFeB/MgO薄膜中，在CoFeB层中插入超薄Ta，可以获得低的Gilbert阻尼α，最低可达0.006。虽然增加Ta插入的数量允许更厚的CoFeB层保持垂直，但有效的区域磁各向异性不会随着更多的插入而改善，并且还伴随着α的增加。
2014-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced interface perpendicular magnetic anisotropy in Ta|CoFeB|MgO using nitrogen doped Ta underlayers
我们发现，Ta |CoFeB| MgO磁性异质结构的磁特性的强烈影响，通过掺杂的Ta底层与氮。特别地，饱和磁化强度在掺杂Ta底层时下降，表明掺杂的底层充当硼扩散阻挡层。此外，磁死层的厚度随着氮掺杂的增加而减小。令人惊讶的是，当向Ta底层引入最佳量的氮时，界面磁各向异性增加至~1.8 erg/cm 2。这些结果表明，氮掺杂的Ta作为一个很好的底层自旋电子学应用，包括磁隧道结和畴壁器件。
2013-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the perpendicular magnetic anisotropy, spin Hall switching current density and domain wall velocity by submonolayer insertion in Ta / CoFeB / MgO heterostructures
通过在Ta / CoFeB / MgO / Ta异质结构中亚单层插入Au、Pt或Pd，我们调整了铁磁层的垂直磁各向异性和矫顽场。我们表明，这有一个重大的影响自旋霍尔开关电流密度和它的依赖于外部磁场。尽管$θ_\mathrm{SH} \approx -0.07$的有效自旋霍尔角相当小，但我们获得了低至$2 \times 10^{10}$ A/m $^2$的开关电流密度。我们发现，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用参数$D$减少与Au或Pd中间层，和垂直各向异性场减少了一个数量级与Pd中间层。用畴壁形核和扩展模型定量地解释了开关电流密度与电流脉冲宽度的关系。因此，界面工程被认为是一个合适的路线，以定制的电流感应磁化开关特性的磁性异质结构。
2017-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicularly magnetized CoFeB multilayers with tunable interlayer exchange for synthetic ferrimagnets
本文研究了MgO/CoFeB（1.1nm）/Ta（$t$）/CoFeB（0.8nm）/MgO多层膜系统，其中两层CoFeB被不同厚度的Ta中间层$t$隔开。从互补技术，如超导量子干涉磁强计，铁磁共振频率测量和布里渊光散射光谱推导出的磁化特性可以通过改变Ta的厚度之间的$t$ =0.25 nm，0.5 nm和0.75 nm进行调谐。对于$t$ =0.5 nm，观察到铁磁耦合，而对于t=0.75 nm，实现了构建合成亚铁磁体所需的反铁磁耦合。在后一种情况下，两个亚铁磁排列之间或一个亚铁磁排列和一个亚铁磁排列之间的磁畴壁的形状是非常不同的。这种行为可以解释为偶极以及层间交换能和畴壁钉扎的变化的结果，这是实现基于合成铁磁体和反铁磁体的数据存储设备的重要结论。
2016-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Large spin Hall magnetoresistance and its correlation to the spin-orbit torque in W/CoFeB/MgO structures
重金属/铁磁体/氧化物结构中的自旋-轨道相互作用由于可以利用面内电流控制磁化方向而得到广泛的研究。这意味着存在一个相反的效果，在这种结构中的导电性应该取决于磁化方向。在这项工作中，我们报告了一个系统的研究的W/CoFeB/MgO结构的磁阻（MR）和它的相关性的电流感应转矩的磁化。我们观察到MR与磁化强度和电流方向之间的夹角无关，而是由自旋霍尔效应积累的磁化强度相对于自旋方向的相对取向决定的，这与所谓的自旋霍尔磁电阻具有相同的对称性。在W/CoFeB/MgO样品中的~1%的MR显著大于Ta/CoFeB/MgO或Pt/Co/AlOx的其它结构中的MR，这表明W的更大的自旋霍尔角。此外，MR和电流诱导磁化转换效率的类似W厚度依赖性表明它们共享相同的基础物理，这允许人们在非磁体/铁磁体结构中利用MR，以便理解密切相关的其他自旋-轨道耦合效应，例如逆自旋霍尔效应、自旋-轨道自旋转移力矩等。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dependence of tunnel magnetoresistance in MgO based magnetic tunnel junctions on Ar pressure during MgO sputtering
研究了在MgO阻挡层溅射过程中，Ar气压对CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中隧道磁电阻效应的影响。在10 mTorr的高Ar压力下溅射沉积MgO阻挡层导致光滑的表面和高度（001）取向的MgO。使用这种MgO作为隧道势垒，在325 ℃或更高温度下退火后，实现了室温下高达355%（5 K下为578%）的隧道磁阻（TMR）比，这似乎与由光滑且高度取向的MgO促进的高度（001）取向的CoFeB织构有关。电子束光刻法定义的深亚微米MTJ具有低电阻率Au底层，并使用高压沉积的MgO，在低电阻面积积（RA）低于10欧姆-微米^2时显示出高TMR率，RA = 0.8欧姆-微米^2时为27%，RA = 1.1欧姆-微米^2时为77%，RA = 1.7欧姆-微米^2时为130%，在RA = 2.9 ohm-um^2时为165%。
2005-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Large perpendicular magnetic anisotropy in Ta/CoFeB/MgO on full coverage monolayer MoS2 and first principle study of its electronic structure
具有高居里温度的超导磁化自旋注入器是研制室温零磁场工作的二维材料自旋光电子器件的前提。在这里，我们报告的Ta/CoFeB/MgO结构的生长与一个大的垂直磁各向异性（PMA）的全覆盖单层（ML）二硫化钼。在CoFeB/MgO界面处获得了0.975mJ/m ~ 2的大的垂直界面各向异性能，与在磁性隧道结系统中观察到的相当。研究发现，在铁磁金属（FM）和二维材料之间插入MgO可以有效地阻止FM原子向二维材料中的扩散。此外，MoS 2 ML有利于MgO（001）织构，并对建立大PMA起关键作用。对类似Fe/MgO/MoS 2结构的第一性原理计算表明，MgO厚度可以改变MoS 2的能带结构，从7 ML-MgO的间接带隙改变为3 ML-MgO的直接带隙。Fe的邻近效应导致3 ML-MgO结构的价带在Γ点产生10 meV的分裂，而7 ML-MgO结构的邻近效应可以忽略不计。这些结果为在二维过渡金属二硫属化合物材料上开发RT自旋光电子器件奠定了基础。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of Perpendicular Magnetic Anisotropy and Transmission of Spin-Hall-Effect-Induced Spin Currents by a Hf Spacer Layer in W/Hf/CoFeB/MgO Layer
我们报告说，强垂直磁各向异性的铁磁层在W/CoFeB/MgO多层结构中，可以通过插入一个Hf层薄至0.25 nm之间的W和CoFeB层建立。Hf间隔物还允许由W层中的面内电荷电流产生的自旋电流的传输，以在CoFeB上施加强自旋扭矩，从而实现电流驱动的磁切换。施加在1 nm CoFeB层上的自旋扭矩的抗阻尼和类场分量在此几何形状中具有可比的幅度。这两种成分都源于下面的W层中的自旋霍尔效应。
2014-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current driven asymmetric magnetization switching in perpendicularly magnetized CoFeB/MgO heterostructures
由于体效应和界面效应，面内电流通过双磁性异质结构可以引起磁化翻转或畴壁成核。在磁性层内，电流可以通过自旋转移力矩（STT）产生磁不稳定性。在界面处，由相邻层中的自旋霍尔效应产生的自旋电流可以对磁矩施加转矩，称为自旋霍尔转矩。在这里，我们研究了电流感应磁化翻转垂直磁化CoFeB/MgO异质结构与重金属（HM）底层。根据HM底层的厚度，我们发现在阈值开关电流的面内场依赖性的明显差异。STT很可能是负责较薄的底层膜的磁化反转，而自旋霍尔转矩导致较厚的底层膜的切换。对于后者，我们发现在开关电流的正，负电流和初始磁化方向的差异。我们发现，在薄膜沉积过程中的生长过程中引入了一个各向异性，打破了系统的对称性，并导致非对称开关。这种对称性破坏各向异性的存在使得能够在零外部场下实现确定性磁化切换。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Measurement of magnetization using domain compressibility in CoFeB films with perpendicular anisotropy
我们提出了一种方法来映射的饱和磁化强度与垂直各向异性的软铁氧体薄膜，我们说明它来评估的CoFeB（1 nm）/MgO薄膜的磁化强度的成分依赖性。该方法依赖于定义线性域的平行畴壁的偶极排斥的测量。薄膜的磁化强度与畴的场压缩性有关。该方法还产生了两个壁之间的最小距离之前，他们的合并，这设置了一个实际的限制，在自旋电子器件中使用畴壁作为存储实体的存储密度。
2013-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetically coupled CoFeB/Ru/CoFeB trilayers
这项工作报告的两个非晶CoFeB层之间的磁性层间耦合，由薄Ru间隔。我们观察到的反铁磁耦合作为Ru厚度x的函数振荡，与第二个反铁磁最大值为x=1.0至1.1 nm。我们研究了Ru厚度为1.1 nm的CoFeB/Ru/CoFeB三层膜的开关，发现其矫顽力取决于两层CoFeB膜的净磁矩，即两层CoFeB膜的厚度差。的反铁磁耦合是几乎独立的退火温度高达300摄氏度，而在350摄氏度的退火降低了耦合和增加的结晶度，表明开始结晶。作为磁隧道结中的软电极，实现了约50%的高隧穿磁电阻、良好限定的平台和矩形开关行为。
2005-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Interface Dzyaloshinskii-Moriya interaction in the interlayer exchange antiferromagnetic coupled Pt/CoFeB/Ru/CoFeB systems
从理论和实验上研究了层间交换耦合（IEC）Pt/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$（1.12 nm）/Ru/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$（1.12 nm）体系中的界面Dzyaloshinski-Moriya相互作用。用振动样品磁强计测量了它们的饱和磁化强度和层间交换耦合常数。这些后者被发现是一个反铁磁性质的研究Ru范围的厚度（0.5-1纳米）。利用布里渊光散射（BLS）技术研究了它们的动态磁性。BLS测量揭示了明显的非互易自旋波传播。与对称IEC CoFeB层的计算相反，这种实验非互易性是Ru厚度，因此耦合强度依赖的。因此，为了解释实验行为，已经开发了基于底部和顶部CoFeB层之间的垂直界面各向异性差异的理论模型。我们表明，Ru的自旋波非互易性的厚度依赖性是很好地再现考虑一个恒定的阻抗和不同的垂直界面的各向异性场之间的顶部和底部的CoFeB层。这种各向异性的差异已被证实的Pt/CoFeB/Ru和Ru/CoFeB/MgO各层的有效磁化的CoFeB厚度依赖性的调查，其中已观察到的线性行为。
2017-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Kerr microscopy of current induced switching in Ta/CoFeB/MgO films with perpendicular magnetic anisotropy
具有垂直磁各向异性的Ta/CoFeB/MgO三层膜有望在下一代电流和电场切换存储器和逻辑器件中发挥关键作用。在这项研究中，我们使用克尔显微镜旁边的电输运测量，以深入了解这种设备的基本开关机制。我们发现开关是一个随机的，畴壁驱动的过程，其速度是强烈依赖于开关电流。克尔成像示出了在器件边缘处的畴成核，建模揭示了可能由奥斯特场的垂直分量辅助。进一步的磁畴生长，导致磁化反转，可以通过自旋扭矩来辅助。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy and magnetization process in CoFeB/Pd multilayer films
利用磁滞回线和克尔效应研究了[CoFeB $t$ nm/Pd 1.0 nm] $_n$（$t$ = 0.4，0.6，0.8，1.0和1.2 nm; $n$ = 2 - 20）多层膜的垂直磁各向异性和动态磁化反转过程.强和可控的PMA的有效单轴各向异性高达7.7 $\times$ 10 $^6$ J.m $^{-3}$和低至200 emu/cc的饱和磁化强度。CoFeB/Pd界面的表面/界面各向异性，PMA的主要贡献，是从有效的单轴各向异性的膜分离，并出现增加的CoFeB/Pd双层的数量。在磁化反转过程中，使用极性磁光克尔显微镜观察的磁畴示出了详细的行为的成核和位移的域壁。
2014-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-driven magnetization switching in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
报道了低阻Co 40 Fe 40 B20/MgO/Co 40 Fe 40 B20磁性隧道结（MTJ）中电流驱动的磁化反转。在270 ℃和300 ℃退火的样品中，电流驱动开关所需的临界电流密度Jc分别低至7.8 x 10^5 A/cm ^2和8.8 x 10^5 A/cm ^2，相应的隧道磁阻（TMR）比分别为49%和73%。在350 ℃下进一步退火，样品的TMR比增加到160%，同时伴随的Jc增加到2.5 x 10^6 A/cm ^2。我们将低Jc归因于隧道电流的高自旋极化和CoFeB单个自由层的小MsV产物，其中Ms是饱和磁化强度，V是自由层的体积。
2005-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Domain wall resistance in CoFeB-based heterostructures with interface Dzyaloshinskii-Moriya interaction
本文研究了W/Ta/CoFeB/MgO异质结的畴壁电阻。Ta层的厚度是不同的，以控制域壁的类型，通过在界面Dzyaloshinskii Moriya相互作用的变化。我们发现一个几乎恒定的畴壁电阻对Ta层厚度。各向异性磁电阻、自旋霍尔磁电阻和反常霍尔效应的贡献很好地描述了厚Ta层膜的畴壁电阻。然而，对于Ta薄层薄膜，发现了手性类Néel畴壁，这一结果表明了从电阻测量研究畴壁类型的困难。
2018-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superparamagnetic dwell times and tuning of switching rates in perpendicular CoFeB/MgO/CoFeB tunnel junctions
磁性隧道结的薄电极可以在非常低的温度下显示出超顺磁性。我们分析了它们在不同温度、磁场和电场下的热致开关。虽然停留时间遵循阿克里先乌斯定律，但与单域激活模型相比，它们的数量级太小了。包括熵效应消除了这种不一致性，并导致磁激活体积远小于电极的磁激活体积。比较不同的势垒厚度的数据，然后允许分离的影响，泽曼能量，自旋转移扭矩和电压引起的各向异性变化的停留时间。基于这些结果，我们展示了通过结合磁场和电场来调整开关速率，这为它们在噪声神经网络中的应用开辟了一条道路。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Exchange-torque-induced excitation of perpendicular standing spin waves in nanometer-thick YIG films
具有超低磁阻尼的亚铁磁钇铁石榴石（YIG）薄膜中的自旋波与基于磁振子的自旋电子学和低功率类波计算有关。由于YIG薄膜的饱和磁化强度小，在弱的外磁场中，自旋波的激发频率较低，限制了YIG薄膜在高频应用中的潜力。在这里，我们演示了如何交换耦合到CoFeB膜，使高效的激发高频垂直自旋驻波（PSSW）在纳米厚（80 nm和295 nm）的YIG膜使用均匀的微波磁场。在295 nm厚的YIG薄膜中，我们测量了高达10阶的强PSSW模式。PSSW模式和CoFeB的铁磁共振模式之间的强杂化导致宽带自旋波谱中的特征反交叉行为。在YIG/CoFeB界面处的动态交换扭矩解释了PSSW的激励。局部转矩源于YIG和CoFeB层中两种不同磁化进动之间的交换耦合。因此，自旋波从YIG/CoFeB界面发射，并且当它们的波矢与垂直约束条件匹配时，形成PSSW。当YIG和CoFeB之间的交换耦合被Ta间隔层抑制时，PSSW不被激发。微磁学模拟证实了交换扭矩机制。
2017-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of in-plane anisotropy in MoS2/CoFeB bilayers
过渡金属二硫属化合物（TMD）具有许多新颖的性质，使其成为自旋电子学领域的潜在候选材料。TMD与磁性薄膜的异质结构被广泛认为是自旋轨道力矩，增强垂直磁各向异性等，但TMD对面内磁化异质结构中的磁各向异性的影响迄今尚未研究。此外，TMD对铁磁系统的畴结构和磁化反转的影响是另一个需要理解的重要方面。在这种情况下，我们研究了MoS 2，一个研究良好的TMD材料，在MoS 2/CoFeB异质结构的CoFeB的磁性能的影响。参考CoFeB膜具有弱的面内各向异性。然而，当CoFeB沉积在MoS 2上时，如从磁光克尔效应（MOKE）显微镜以及铁磁共振（FMR）观察到的，面内各向异性增强。与参考CoFeB层相比，MoS 2/CoFeB双层的磁畴结构和磁化反转也被显著修改。随频率和角度变化的铁磁共振测量表明，CoFeB的磁各向异性随MoS 2/CoFeB异质结构中MoS 2厚度的增加而增加。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetoresistance in perpendicular magnetic tunneling junctions with MgAl2O4 barrier
研究了MgAl_2O_4阻挡层垂直磁性隧道结。研究发现，在MgAl_2 O_4基结中，反应射频溅射O_2是获得强垂直磁各向异性和大隧穿磁电阻的必要条件。在400 ℃退火的样品中，界面垂直磁各向异性能量密度为2.25 mJ/m ~ 2。还实现了60%的增强的磁阻。发现隧穿磁阻下降到零偏置值的一半时的Vhalf偏置电压为约1V，这基本上高于MgO基结的偏置电压。
2022-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Giant perpendicular exchange bias with antiferromagnetic MnN
我们研究了基于反铁磁体MnN的面外交换偏置系统。采用反应磁控溅射法在SiO_2 $_x$衬底上制备了Ta / MnN / CoFeB / MgO / Ta多晶高织构薄膜叠层，并对其进行了X射线衍射和克尔磁测量。交换偏置和垂直磁各向异性的非平凡的修改被观察到作为薄膜厚度的函数，以及场冷却温度。在优化的薄膜叠层，一个巨大的垂直交换偏置3600 Oe和矫顽场350 Oe在室温下观察。有效界面交换能估计为$J_\mathrm{eff} = 0.24$ mJ/m $^2$和反铁磁体的有效单轴各向异性常数为$K_\mathrm{eff} = 24$ kJ/m $^3$。CoFeB层的最大有效垂直各向异性场为$H_\mathrm{ani} = 3400$ Oe。这些值大于任何以前报道的值。这些结果可能为磁稳定的、交换偏置的垂直磁化自旋阀开辟了一条道路。
2017-04-25 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
Determination of spin-dependent Seebeck coefficients of CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junction nanopillars
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）在存在温度梯度时的自旋相关Seebeck系数和隧穿磁热电势.热梯度由纳米柱顶部的电加热器产生。发现MTJ上的热功率电压与加热功率成线性关系，并揭示了与隧道磁阻相似的场依赖性。热梯度的幅度是从校准测量结合有限元模拟的热通量。在此基础上，导出了（240 \pm 110）\muV /K量级的大自旋相关Seebeck系数。从介电击穿后的MTJ上的额外测量，对于1.5nm MgO基MTJ纳米柱，可以导出高达90%的隧穿磁热电功率。
2011-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Tantalum spacer thickness and deposition conditions on the properties of MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO free layers
为了在小器件尺寸下获得稳定的垂直磁化隧道结，通常使用包括两个MgO/FeCoB界面作为界面各向异性源的复合自由层。通常通过在FeCoB层内插入前过渡金属系列的间隔层来确保适当的结晶和退火鲁棒性。我们研究的间隔物的厚度和生长条件上的开关度量的隧道结热退火在400 $^\circ$ C的情况下，1-4 μ m的Ta间隔物的影响。厚的Ta间隔物导致指示更好限定的顶部FeCoB/MgO界面的大的各向异性，但是这是以更强的阻尼的系统代价来实现的。对于最佳的各向异性阻尼折衷，直径为22 nm的结仍然可以是稳定的和自旋扭矩切换。矫顽力和不均匀的线宽加宽，可能会产生在FeCoB/Ta界面的粗糙度，可以减少，如果牺牲Mg层被插入之前的Ta间隔沉积。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Uniaxial Magnetic Anisotropy and Type-X/Y Current-Induced Magnetization Switching in Oblique-Angle-Deposited Ta/CoFeB/Pt and W/CoFeB/Pt Heterostructures
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
研究通过斜角沉积技术诱导单轴磁各向异性，实现低功耗磁化翻转，展示Type-X/Y几何结构在电流驱动下的磁化翻转机制及应用前景。
2026-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Observation of large perpendicular magnetic anisotropy and excessive polar magneto-optical effect in Pt/CoFeB/Ru tri-layer system
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research（UGC-DAE科学研究联盟）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Kyushu Institute of Technology（九州工业大学）
研究Pt/CoFeB/Ru三层层状系统中大垂直磁各向异性及极化磁光效应，揭示其在自旋电子学中的应用潜力。
2026-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Large and robust electrical spin injection into GaAs at zero magnetic field using an ultrathin CoFeB/MgO injector
我们证明了一个大的电自旋注入到GaAs在零磁场由于垂直磁化的CoFeB接触的几个原子平面（1.2 nm）。利用InGaAs/GaAs量子阱自旋发光二极管的电致发光圆偏振特性研究了注入GaAs的电子的自旋偏振特性。作为磁场的函数的电致发光极化紧密地追踪CoFeB/MgO注入器的面外磁化。在零磁场条件下，在25 K时，发射光的圆偏振度可达20%.在室温下，电致发光的圆偏振度仍保持在8%左右。
2014-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Universal domain wall dynamics under electric field in Ta/CoFeB/MgO devices with perpendicular anisotropy
铁磁/氧化物电介质结构中的电场效应提供了一种以低功耗控制畴壁动力学的新途径。然而，电场对DW速度的影响到目前为止只观察到在蠕变制度，DW速度低，由于强相互作用与钉扎网站。在这里，我们展示了具有垂直磁各向异性的Ta/Co 40 Fe 40 B20/MgO/TiO 2结构中从蠕变到流动状态范围内的DW速度的栅极电压调制。我们证明了一个通用的描述的作用，施加的电场在各种钉扎依赖的制度，考虑到一个有效的磁场是线性的电场。此外，发现电场效应在Walker机制中改变符号。我们的工作为铁磁金属/绝缘体界面电场效应的研究和优化提供了新的机会。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exchange bias effect in martensitic epitaxial Ni-Mn-Sn thin films applied to pin CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
交换偏置效应常用于移动铁磁体的矫顽场。这种技术对于将磁性隧道结用作逻辑或存储器件至关重要。因此，两个铁磁电极的独立切换对于保证可靠的读出是必要的。在这里，我们证明了Ni-Mn-Sn的本征交换偏置效应可以用于将单向各向异性应用于磁性隧道结。为此，我们使用外延Ni-Mn-Sn薄膜作为钉扎层，用于微制造CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结。我们比较了磁场冷却后在$-10$ 1，kOe外场中通过磁化测量得到的交换偏置场（$H_{\text{EB}}$）与通过隧道磁阻测量得到的$H_{\text{EB}}$。两种方法的结果一致，我们发现在10 K时交换偏置约为$H_{\text{EB}}=130$，Oe，它随温度的升高而降低，在70 K以上消失.
2015-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dependence of tunnel magnetoresistance on ferromagnetic electrode materials in MgO-barrier magnetic tunnel junctions
研究了MgO势垒磁性隧道结（MTJ）中隧道磁电阻（TMR）比与电极结构的关系。具有Co 40 Fe 40 B20参考层和自由层的MTJ中的TMR比率在Ta=400摄氏度的沉积后退火温度下达到355%。当Co 50 Fe 50或Co 90 Fe 10用于参考层材料时，没有观察到高TMR比。具有高TMR比的关键是具有高度取向的（001）MgO阻挡层/CoFeB晶体电极。到目前为止，在伪自旋阀MTJ中，在Ta = 450 ℃时获得的最高TMR比为450%。
2006-08-25 cond-mat.mtrl-sci
A 4-fold-symmetry hexagonal ruthenium for magnetic heterostructures exhibiting enhanced perpendicular magnetic anisotropy and tunnel magnetoresistance
本文报道了MgO/Ru/Co_2FeAl/MgO异质结中出现的一种不寻常的具有四重对称性的六方Ru晶体取向，其中近似Ru（02-23）的生长归因于MgO、Ru和Co_2FeAl之间的晶格匹配。与Cr（001）层相比，Co2 FeAl/MgO界面的垂直各向异性显著增强。采用这种结构的MTJ产生了最大的隧道磁阻的垂直MTJ使用低阻尼Heusler合金。四重对称的六方Ru来自于具有空前高的晶体指数的外延生长，为立方和四方铁磁合金的垂直各向异性膜的发展开辟了独特的途径。
2014-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Current perpendicular to plane Giant Magnetoresistance (GMR) in laminated nanostructures
利用Kubo理论研究了磁性叠层结构中自旋相关的电子输运过程。我们不仅考虑了体散射，但由于镜面反射和漫反射，也自旋守恒和自旋翻转过程的界面电阻。结果表明，在界面处的自旋翻转散射大大降低了巨磁电阻的值。这可以解释实验观察结果，即与非层压结构相比，层压结构的CPP GMR比仅略微增加，尽管层压引起CPP电阻的显著增加。
2004-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Vertical organic spin valves in perpendicular magnetic fields
我们报道了垂直有机自旋阀的磁电阻测量结果，磁场取向垂直的叠层。在仔细制备磁性电极的平行或反平行面内磁化状态以观察汉勒进动的痕迹之后进行磁阻测量。由于有机半导体中的低迁移率，自旋极化载流子的渡越时间应允许自旋在垂直场中的进动，这在统计平均中将淬灭磁阻。然而，在所有实验中，我们都没有观察到在扫描垂直场时电阻的任何变化，直到电极的磁化开始重新定向的点。这种汉勒型效应的缺乏表明，磁电阻不是基于自旋极化电子注入到有机半导体中，而是基于通过叠加有隧穿各向异性磁电阻的针孔的隧穿。
2013-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoresistance Anomalies in (Ga,Mn)As Epilayers with Perpendicular Magnetic Anisotropy
本文报道了具有垂直磁各向异性的拉伸应变（Ga，Mn）As外延层纵向磁电阻的异常现象。在平面几何形状（磁场平行于电流密度）中进行的磁阻测量揭示了相对于磁场的方向反对称的“尖峰”。这些异常总是发生在磁化反转期间，如异常霍尔效应的符号的同时变化所指示的。数据表明，反对称异常起源于异常的霍尔效应贡献的纵向电阻时，畴壁位于电压探针之间。通过对$\vec{H}$进行角扫描，揭示了场扫描螺旋度的反对称依赖性，从而加强了这种解释。
2005-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction at an oxide/ferromagnetic metal interface
我们报告的研究在氧化物/铁磁金属（FM）界面，即BaTiO 3（BTO）/CoFeB的垂直磁各向异性（PMA）和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（ESTA）。由于BTO膜的功能特性和精确控制其生长的能力，我们能够区分氧化物终止（TiO 2与BaO）的主导作用，从BTO膜中的铁电极化的适度影响，在PMA和PMA在氧化物/FM界面。结果表明，BaO-BTO/CoFeB结构的界面磁各向异性能比TiO 2-BTO/CoFeB结构的界面磁各向异性能大2倍，而TiO 2-BTO/CoFeB结构的界面磁各向异性能更大。我们通过第一性原理计算解释了所观察到的现象，认为这是由于氧化物/铁磁金属界面费米能级附近的不同电子态以及不同的自旋翻转过程造成的.这项研究为进一步研究PMA和PMA在各种氧化物/FM结构，从而在有前途的节能器件领域的应用铺平了道路。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer torque oscillator based on asymmetric magnetic tunnel junctions
研究了基于CoFeB/MgO/CoFeB非对称磁性隧道结的自旋转移矩振荡器。我们观察到微波旋进结的自由磁化层的厚度不同。利用MTJ中自由层和参考层之间的铁磁层间交换耦合和薄CoFeB电极中的垂直界面各向异性，我们证明了纳米尺度的器件可以在不施加外部磁场的情况下产生高频信号。在1.5 GHz时，振荡幅度超过10 nV/Hz ^[0.5]。
2011-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Reversal mode instability and magnetoresistance in perpendicular (Co/Pd)/Cu/(Co/Ni) pseudo-spin-valves
在垂直排列的（Co/Pd）4/Co/Cu/（Co/Ni）4/Co赝自旋阀中，我们观察到了与温度相关的磁化反转模式，这与自旋输运性质有关.在300 K时，垂直相关畴发生磁化反转。低于200 K的磁滞回线变得分叉，由于横向相关的反转的个别堆栈。磁位形的改变也导致更高的自旋无序和巨磁电阻效应的显著增加。一阶反转曲线测量表明，耦合状态可以通过场循环重新建立，并允许直接确定作为温度的函数的层间耦合强度。
2013-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial exchange and magnetostatic coupling in a CoFeB/Thulium Iron Garnet heterostructure
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Georgetown University（乔治城大学）
研究钴铁硼/钍铁石榴石异质结中界面交换耦合与磁静耦合，通过磁学测量和微磁模拟分析不同厚度钴铁硼层对耦合强度的影响，发现其对磁电读出有重要意义。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced orbital magnetic moments in magnetic heterostructures with interface perpendicular magnetic anisotropy
我们研究了磁性异质结构中轨道磁矩对磁性层厚度的依赖性，以确定界面的贡献。三种不同的异质结构，Ta/CoFeB/MgO，Pt/Co/AlO $_x$和Pt/Co/Pt，具有显着的界面贡献的垂直磁各向异性，作为模型系统进行了研究。X射线磁性圆二色光谱用于评估构成异质结构的磁性元素的相对轨道矩，即轨道矩与自旋矩的比率。我们发现，Pt/Co/Pt中Co的相对轨道矩相对于其厚度保持不变，而Pt/Co/AlO $_x$中Co的相对轨道矩随Co层厚度的减小而增大，表明后者系统存在非零的界面轨道矩.对于Ta/CoFeB/MgO，只有Fe存在非零的界面轨道矩。X射线吸收谱表明，Pt/Co/AlO $_x$中存在一种特殊的Co氧化态，这种氧化态可能引起该体系的界面轨道矩。这些结果显示了元素特定的贡献，界面轨道磁矩在磁性异质结构。
2015-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Giant interfacial perpendicular magnetic anisotropy in MgO/CoFe/capping layer structures
基于CoFeB/MgO/CoFeB结构的磁性隧道结（MTJ）由于其在自旋转移矩磁性随机存储器（STT-MRAM）中的应用而引起人们极大的兴趣。为了获得高的热稳定性，需要大的界面垂直磁各向异性（PMA）。本文采用第一性原理计算研究了MgO/CoFe/覆盖层结构的磁各向异性能（MAE），其中覆盖层材料包括5d金属Hf，Ta，Re，Os，Ir，Pt，Au和6p金属Tl，Pb，Bi。我们证明了通过使用合适的封盖材料来增强PMA是可行的。在用Hf、Ta、Os、Ir和Pb作覆盖材料的结构中发现了相对大的PMA。更重要的是，MgO/CoFe/Bi结构产生了巨大的PMA（6.09 mJ/m2），这是MgO/CoFe/Ta结构的大约三倍大。MAE的起源阐明了检查的贡献MAE从每个原子层和轨道。这些发现提供了对PMA的全面理解，并指出了实现具有高热稳定性的高级节点STT-MRAM的可能性。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Current-perpendicular-to-plane giant magnetoresistance of a spin valve using Co2MnSi Heusler alloy electrodes
本文报道了以Co_2MnSi（CMS）Heusler合金铁磁电极为电极的自旋阀的电流垂直于平面巨磁电阻效应。在MgO（001）单晶衬底上沉积Cr/Ag/Cr/CMS/Cu/CMS/Fe 25 Co 75/Ir 28 Mn 72/Ru的多层堆叠。底部CMS层外延生长在Cr/Ag/Cr缓冲层上，并在673 K退火后有序化为L21结构。发现上CMS层在Cu间隔层上外延生长，尽管Cu和CMS之间存在大的晶格失配。在室温和6 K下，CPP-GMR的最高MR比分别为8.6%和30.7%。外延CMS层的高自旋极化是高MR比的最可能的起源。
2008-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Reversible magneto ionics in crystallized W Co20Fe60B20 MgO HfO2 ultra-thin films with perpendicular magnetic anisotropy
研究非晶和晶化W/CoFeB/MgO/HfO2超薄膜中电场对垂直磁各向异性的调制，发现晶化体系中存在非易失可逆磁离子效应，为磁隧道结集成提供新路径。
2025-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bloch-to-Néel domain wall transition evinced through morphology of magnetic bubble expansion in Ta/CoFeB/MgO layers
具有垂直磁各向异性的Ta/CoFeB/MgO三层通常以界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）的消失或适度值为特征，这导致纯布洛赫或混合布洛赫-内尔畴壁（Dzyaloshinski-Moriya domain wall，DW）。在这里，我们调查的蠕变演变的整体磁泡形态在这些系统下的面内和面外磁场的组合存在下，我们表明，他$^+$离子辐照诱导的内部DW结构向一个完全Néel自旋织构的过渡。这种转变可以关联到的同时增加的磁感应强度和饱和磁化强度的减少-这是一个直接的后果，分别对底部和顶部的CoFeB界面上的离子辐照的影响。实验发现，DW获得纯Néel特征的阈值辐照剂量在12 $\times$ 10 $^{18}$ He $^+$ /m $^2$和16 $\times$ 10 $^{18}$ He $^+$ /m $^2$之间，与基于材料参数的一维DW模型的估计相匹配。我们的研究结果表明，评估其膨胀过程中的全球气泡的形状可以是一个有效的工具来感测内部气泡DW结构。此外，我们表明，离子辐照可以用来实现所需的DW自旋织构的生长后工程。
2019-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Voltage-controlled antiferromagnetism in magnetic tunnel junctions
我们证明了在CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中的电压控制的交换偏置效应，该效应与在CoFeB电极和MgO势垒之间形成的界面Fe（Co）Ox有关。界面反铁磁性，巨隧穿磁电阻，和急剧切换的磁化CoFeB的独特组合允许灵敏的检测交换偏置。发现在低温下，交换偏置场可以由磁场等温控制。更重要的是，交换偏置也可以有效地操纵的电场施加到MgO势垒由于电压控制的反铁磁各向异性在这个系统中。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Magnetic field sensor with voltage-tunable sensing properties
报道了一种基于CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的磁场传感器。通过利用CoFeB/MgO界面的垂直磁各向异性，传感层的磁化倾斜到面外，从而导致对面内磁场的线性响应。在场传感器的MgO隧道势垒两端施加偏置电压影响磁各向异性，从而影响其感测特性。最大灵敏度的增加和同时减少的磁场的工作范围由一个因素的两个被测量。基于这些结果，我们提出了一种电压可调传感器的设计，允许主动控制的灵敏度和工作领域的范围与所施加的偏置电压的强度和极性。
2012-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Origin of interfacial perpendicular magnetic anisotropy in MgO/CoFe/metallic capping layer structures
自旋转移矩磁性随机存储器（STT-MRAM）以其非易失性、高密度、低功耗等优点受到广泛关注。STT-MRAM的核心器件是CoFeB/MgO基磁性隧道结（MTJ），它具有很高的隧道磁阻比和很大的垂直磁各向异性（PMA）。实验证明，在CoFeB层上涂覆覆盖层对于获得强PMA是必不可少的。然而，这种效应的物理机制尚不清楚。在本文中，我们调查的起源PMA在MgO/CoFe/金属盖层结构使用第一性原理计算方案。不同封端材料的PMA变化趋势与实验结果吻合较好。我们发现，界面PMA在三层结构中来自MgO/CoFe和CoFe/覆盖层界面，这可以单独分析。此外，通过对层和轨道的磁各向异性能的分解，分析了CoFe/覆盖层界面中的永磁体。不同封端材料的PMA的变化归因于d和p轨道通过自旋轨道耦合的不同杂化。该工作对纳米STT-MRAM的研究和开发具有重要意义。
2017-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Paramagnetic Fe_xTa_{1-x} alloys for engineering of perpendicularly magnetized tunnel junctions
通过夹层的两个磁性层之间的交换耦合对于纳米磁性系统的许多最近的应用具有广泛的兴趣。在这封信中，我们研究通过非晶顺磁性Fe-Ta合金的铁磁交换耦合。我们表明，交换耦合指数依赖于间隔物的厚度和尺度与Fe-Ta的磁化率，这可以通过调整合金成分和/或温度。这种材料对于垂直磁化的CoFeB-MgO基隧道结的工程设计具有高度的兴趣，因为它能够实现具有不同晶格的磁性层的铁磁耦合，抑制死层，并且可以在退火期间充当相互扩散阻挡层。
2013-04-09 cond-mat.mtrl-sci
