Current dependence of spin torque switching rate based on Fokker-Planck approach
通过求解Fokker-Planck方程，导出了面内磁化系统在外加场作用下的自旋矩开关率。据发现，三个缩放电流是必要的，以描述在低电流限制的开关速率的电流依赖性。这些缩放电流上施加的电场强度的依赖关系也进行了研究。
2014-01-09 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
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$）和初始转矩效应。
2014-03-20 cond-mat.mes-hall
Single-shot time-domain studies of spin-torque-driven switching in magnetic tunnel junctions
我们报告的电阻与时间的单次测量的热辅助自旋扭矩驱动的磁性隧道结开关。我们实现了足够的灵敏度，以解决导致开关的电阻信号，包括个别开关事件之间的变化。开关前的热波动的分析允许详细测量的相干时间和磁化旋进幅度的变化。我们发现，与一个小的面内难磁化轴磁场的磁化动力学空间相干比零场的情况下。
2009-06-13 cond-mat.mes-hall
Numerical Study on Spin Torque Switching in Thermally Activated Region
通过数值求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程，研究了热激活区单个自由层的自旋矩翻转。我们发现面内磁化系统的开关时间与温度的关系是非线性的，这意味着$b \neq 1$。这里，$b$是开关速率公式中电流项的指数，并且被广泛地假设为1。这一结果使我们能够评估自旋电子器件的热稳定性。
2012-06-06 cond-mat.mes-hall
Field-free spin-orbit torque switching of an antiferromagnet with perpendicular Néel vector
无场自旋-轨道矩诱导的垂直磁化180°重取向有利于高性能磁存储器。反铁磁材料（AFM）可以提供比铁磁对应物更高的操作速度。在本文中，我们提出了一个三层AFM/绝缘体/重金属结构的AFM存储器件。研究表明，采用两个正交电流分别提供均匀的类阻尼力矩和类交错场力矩，可以实现垂直Néel矢量的AFM的无场开关.可逆切换可以通过反转任一电流来获得。1.79 10^11 A/m^2的电流密度足以引起开关。此外，在切换期间，两个磁矩变得非共线。这使得40微微秒内的超快切换成为可能。提出的器件和切换机制为确定性地切换具有垂直Néel矢量的AFM提供了一种很有前途的方法。它还可以刺激基于AFM的超快MRAM的发展。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall
Current Dependence of Spin Torque Switching Barrier
研究了面内磁化铁磁体自旋矩开关势垒与电流的关系。引入两个标度电流I_{c} $和I_{c} ^{*}（> I_{c}）来区分磁化稳定性。在低电流区域I< I_{c}中，开关势垒与具有另一缩放电流\tilde{I}_{c}的电流成线性，而这种线性缩放在高电流区域I_{c} < I < I_{c} ^{*}中不成立。线性定标对于高温和长电流脉冲持续时间是有效的。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall
Theory of Spin Torque Assisted Thermal Switching of Single Free Layer
从理论上研究了单自由层的自旋矩辅助热开关。从速率方程出发，推导了扫描电流辅助磁化翻转的最可能和平均翻转电流的理论公式，发现翻转速率公式中的指数$b$的取值对磁随机存储器保持时间的估计有显著影响。基于Fokker-Planck方法，我们还证明了$b$的值应该是2，而不是以前的工作中所争论的1。
2012-04-05 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque switching below 20 kA/cm$^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
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
Spin-orbit torques and magnetization switching in perpendicularly magnetized epitaxial Pd/Co2FeAl/MgO structures
我们在磁控溅射垂直磁化外延MgO（001）//Pd/Co2 FeAl/MgO异质结中发现了有效的电流诱导自旋轨道转矩开关。这种用于自旋轨道扭矩MRAM器件的异质结构的优点在于，它们允许关键成分的独特组合：i）在写入期间降低电能消耗所需的低电阻率，ii）有效读取所需的高TMR比，以及iii）用于增加热稳定性的强垂直磁各向异性。
2019-06-27 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
Thermally assisted spin transfer torque switching in synthetic free layers
从理论上研究了铁磁耦合合成自由层中热辅助自旋转移矩翻转的磁化反转率。通过求解Fokker-Planck方程，得到了弱耦合和强耦合极限下开关几率的解析表达式。我们发现热稳定性与Delta_{0}（1-I/ I_{c}）^{2}成正比，而不是Koch等人[Phys. Rev. Lett. 92，088302（2004）]，其中I和I_{c}是在绝对零度温度下自旋转移扭矩切换的电流和临界电流。（1-I/ I_{c}）指数的差异导致对热稳定性Delta_{0}的显著低估。我们还发现，快速开关是通过选择适当的方向的应用领域。
2011-02-24 cond-mat.mes-hall
Dependence of spin torque switching probability on electric current
从理论上研究了扫描电流对热助自旋矩翻转几率的影响。基于速率方程推导出了$b=1$和$b=2$的开关时间的解析表达式，其中$b$是开关速率中电流项的指数.在实验执行的$T$和$v$范围内，开关电流与温度$T$和$b=1$和$b=2$的扫描速率$v$的对数近似成比例。需要在非常低的温度范围内进行实验以确定指数$b$。
2012-04-09 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
Optimal field-free magnetization switching via spin-orbit torque on the surface of a topological insulator
提出一种在拓扑绝缘体表面实现无磁场磁化翻转的最优方案，解析推导出电流时间依赖性，发现类阻尼力矩趋于零时能效最佳，并设计了适用于实际系统的下啁啾旋转电流脉冲简化翻转方案。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque switching of synthetic antiferromagnets
我们报道了合成反铁磁体（SAF）可以通过自旋轨道矩（SOTs）有效地进行开关，并且开关方案不遵守通常的SOT开关规则。我们发现，无论是积极的和消极的自旋霍尔角（SHA）的开关可以观察到在Pt/SAF结构，只有积极的SHA，取决于所施加的面内场的强度。一个新的开关机制，直接引起的非对称畴扩展提出了解释的异常开关行为。与基于宏自旋的SOT开关模型中由SHA的符号决定SOT开关方向相反，新的开关机制表明SOT开关方向由场调制畴壁运动决定，并且即使SHA的符号相同，SOT开关方向也可以反转.通过畴壁运动测量进一步证实了新的开关机制。异常开关行为为理解SOT开关机制提供了重要的见解，也为应用提供了新的功能。
2017-01-09 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
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
Numerical Fokker-Planck study of stochastic write error slope in spin torque switching
本文分析了在具有周向磁各向异性（PMA）的系统中，由于热涨落而引起的自旋力矩开关的写入误差。以前的分析和数值方法进行了总结，物理为基础的福克-普朗克方程（FPE）选择其计算效率和广泛的适用性，所有的开关制度。详细讨论了写入误差斜率与材料参数之间的关系，以实现更好的器件工程和优化。最后，一个2D FPE工具证明，扩展的适用性FPE写错误的非PMA系统与内置的不对称性。
2016-07-26 cond-mat.mes-hall
Orthogonal Spin-Orbit Torque-Induced Deterministic Switching in NiO
本研究利用正交电流产生的自旋轨道矩，在具有复杂各向异性的反铁磁氧化物NiO中实现了确定性磁矩翻转，并可通过自旋霍尔磁阻读出，为AFM-MRAM发展提供物理图像与器件方案。
2024-11-10 cond-mat.mes-hall
Coherent spin-transfer precession switching in orthogonal spin-torque devices
我们目前的实验结果和宏观自旋模拟的正交自旋转移器件的开关特性，将平面外磁化极化层和平面内磁化自旋阀器件在低温下。在$T=4$ K，我们证明：高速确定性开关在短脉冲长度-下降到100 ps -与足够的测量统计数据，以建立一个切换错误率的$10^{-5}$ ;相干进动开关在较长的时间;和合奏退相干效应在更长的时间。有限温度宏自旋模型捕获的进动开关以及，但未能完全再现所有的退相干和开关错误的行为。
2017-11-28 cond-mat.mes-hall
Current-Driven Magnetization Switching via Zhang-Li Torque
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Hubei University（湖北大学）；Southeast University（东南大学）
该研究发现界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用存在时，Zhang-Li转矩可触发与自旋轨道转矩相似的磁化翻转，其或为SOT的重要互补机制，为SOT-MRAM器件设计提供指导。
2026-09-11 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
Optimization of spin-torque switching using AC and DC pulses
我们探讨自旋力矩诱导的磁性隧道结中的磁反转使用组合的AC和DC自旋电流脉冲。我们计算最佳的脉冲时间和电流强度的AC和DC脉冲，以及最佳的AC信号频率，需要尽量减少焦耳热损失在切换过程中。这种优化的结果进行了比较，对数值模拟。最后，我们展示了这种优化如何导致不同的动态制度，其中开关优化由纯AC或DC自旋电流，或AC/DC自旋电流的组合，取决于各向异性能量和自旋电流极化。
2014-07-19 cond-mat.mes-hall
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
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
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
Respective influence of in-plane and out-of-plane spin-transfer torques in magnetization switching of perpendicular magnetic tunnel junctions
利用带STT项的Landau-Lifshitz（LL）变换方程，理论分析了面内（类阻尼）和面外（类场）自旋转移矩在面外磁化磁性隧道结（pMTJ）磁化翻转中的相对贡献.它表明，在pMTJ结构服从宏自旋动力学，面外扭矩的影响的进动频率，但它并没有显着的STT开关过程（特别是开关时间和开关电流密度），这主要是由面内STT的贡献。这一结论证实了有限的温度和有限的写入脉冲宏自旋模拟的电流场开关图。它与STT开关的情况下，在平面磁化MTJ中的类场项也影响开关临界电流。这种理论分析被成功地应用到解释的电压场STT开关图实验测量的垂直MTJ柱直径36 nm，表现出类宏自旋行为。讨论了在STT诱导动力学中Landau和Gilbert耗散项的物理不等价性。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall
Central role of domain wall depinning for perpendicular magnetization switching driven by spin torque from the spin Hall effect
我们研究确定性的磁性反转的垂直磁化的Co层在Co/MgO/Ta纳米正方形驱动的自旋霍尔扭矩从面内电流在下面的Pt层。开关过程的速率限制步骤是畴壁（DW）通过自旋霍尔扭矩通过热辅助机制，最终产生完全反转的域扩展脱钉。需要与电流共线的面内施加的磁场，其中必要的场尺度由克服由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用施加的DW手性的需要来设置。一旦考虑焦耳热，对于4 nm的Pt，开关电流密度与自旋霍尔角θ $_{SH}$ ${\approx}$ 0.07定量一致。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall
Switching of biaxial synthetic antiferromagnets: a micromagentic study
我们模拟了纳米合成反铁磁体（SAF）的开关行为，最近的实验进展的晶体反铁磁体的自旋轨道转矩开关的启发。SAF由两层具有面内双轴各向异性和层间交换耦合的铁磁薄膜组成。来自SAF的相对表面的交错场状Rashba自旋轨道扭矩引起倾斜的净磁化，这触发了驱动Néel矢量的90 $^\circ$切换的正交扭矩。由类场自旋轨道扭矩驱动的这种动力学允许具有增加的吉尔伯特阻尼的更快切换，而不会显著有害地增加阈值切换电流密度。我们的研究结果指出，作为模型系统，基于简单的铁磁金属，模拟反铁磁器件物理的SAF的潜力。
2018-11-22 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
Spin-orbit torque switching without external field with a ferromagnetic exchange-biased coupling layer
通过自旋-轨道力矩（SOT）的垂直铁磁自由层的磁化反转是磁性随机存取存储器（MRAM）中自旋转移力矩（STT）切换的有吸引力的替代方案，其中写入过程涉及使高电流穿过磁阻隧道势垒。确定性SOT开关通常需要一个小的击穿偏置场，但在自旋电子学应用中从外部产生场是不切实际的。在这里，我们展示了强大的零场SOT开关的垂直Co 90 Fe 10（CoFe）自由层的对称性被打破的磁耦合到第二个面内交换偏置的CoFe层通过一个钌间隔。自由层的优选磁性状态由电流极性和层间交换耦合（IEC）的性质确定。我们的战略提供了一个可扩展的解决方案，以实现无偏置场的SOT开关，可以导致一代基于SOT的设备，结合高存储密度和耐久性与潜在的低功耗。
2015-11-18 cond-mat.mes-hall
Revisiting the Analytical Solution of Spin-Orbit Torque Switched Nanoscale Perpendicular Ferromagnet
针对垂直磁体自旋轨道矩翻转中现有模型与实验偏差大的问题，本研究发现磁化强度平滑过渡而非先与自旋极化对齐，并指出进动手性反转是实现确定性翻转的关键，据此建立的新解析模型与实验数据高度吻合。
2024-08-25 cond-mat.mes-hall
Anomalous spin-orbit torque switching due to field-like torque-assisted domain wall reflection
自旋轨道转矩（SOT）允许对磁状态进行电控制。垂直磁化的电流感应SOT切换具有特别的技术重要性。SOT由类阻尼转矩和类场转矩组成，因此有效的SOT开关需要了解这两个转矩分量的组合效应。以前的准静态测量报告了增加的开关概率与电流脉冲的宽度，如预测仅考虑阻尼转矩。在这里，我们报告了在较长的脉冲宽度的开关概率降低，基于时间分辨的测量。微磁学分析表明，这种异常的SOT开关的结果从畴壁反射样品边缘。畴壁反射被发现强烈依赖于类场转矩和它的相对符号的阻尼类转矩。我们的研究结果表明，在确定性的SOT开关的类场转矩的关键作用，并通知两个转矩分量的符号相关性的重要性，这可能揭示的SOT开关机制。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning nanosecond switching of spin-orbit torque driven magnetic tunnel junctions
自从重金属中由自旋霍尔效应引起的自旋轨道矩（SOT）被发现以来，人们一直致力于理解电荷-自旋转换的机理，并开发新的高速、低能磁纪录技术。虽然已经通过在重金属通道中施加短电压脉冲在三端子磁性隧道结（3 T-MTJ）中证明了快速切换，但是由于多层磁性结构和三端子几何形状的复杂性，对切换机制缺乏详细的理解。在这封信中，我们表明，电流诱导的有效字段在快速开关中起着关键作用，并通过调整施加的外部字段，我们可以微调两个开关极性之间的脉冲切换的对称性，即平行反平行（P-AP）和反平行（AP-P）。这些结果表明，控制详细的磁位形是实现快速开关的关键，也是优化SOT存储器和进一步应用的有效途径。
2022-04-14 cond-mat.mes-hall
Programmable Asymmetric Spin-Orbit Torque Switching for Spin Logic
Université de Lorraine（洛林大学）；Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；Beihang University（北京航空航天大学）
本研究展示了自旋轨道矩诱导的非对称磁化开关，源于面内有效场破坏对称性，并利用四种开关行为在单个器件中实现可重构自旋逻辑操作。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall
Spin-Orbit Coupling of Conduction Electrons in Magnetization Switching
强磁场脉冲与相对论电子束团可以在具有单轴面内各向异性的磁性薄膜中压印开关图案。在Fe和FeCo合金膜的实验中，图案形状揭示了在短（在100 fs时间尺度内）磁场脉冲期间作用于磁化的附加扭矩。扭矩的大小高达来自磁场的扭矩的15%。转矩对称性是沿着屏蔽磁场的涡流方向的单轴各向异性的转矩对称性。作用在传导电子上的自旋-轨道相互作用可以产生具有所需对称性和大小的这样的扭矩。相同的相互作用导致反常霍尔电流被自旋极化，对磁化方向施加反作用。这种机制可能在磁性材料的全光激光开关中起作用。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall
Self-induced spin-orbit torque switching in a synthetic antiferromagnetic Co 2 MnGa /MnGa bilayer
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Beihang University（北京航空航天大学）
该研究在无重金属的Co2MnGa/MnGa合成反铁磁双层中实现自诱导自旋轨道矩磁化切换，为SOT器件提供新路径。
2026-10-08 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
Multi-rotational switching in a noncollinear antiferromagnet by spin-orbit torque
Tohoku University（东北大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究开发机构）；Inamori Research Institute for Science（稻盛科学研究所）
研究通过非列向反铁磁体中的自旋轨道扭矩驱动了新的自旋系统切换动力学，发现阈值电流密度对脉冲持续时间不敏感，并揭示了非列向反铁磁体在完成反转前经历多次旋转的多旋转切换现象。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque switching of perpendicular magnetization in ferromagnetic trilayers
在铁磁三层中，自旋-轨道诱导的自旋电流可以具有自旋极化，其方向偏离自旋霍尔效应的方向。最近，铁磁三层膜中的磁化翻转被提出并被实验证实。在这项工作中，我们从理论上和数值上研究了铁磁三层中垂直磁化翻转所需的翻转电流。我们证实，倾斜的自旋极化，使场自由确定性开关在较低的电流比传统的自旋轨道扭矩或自旋转移扭矩开关，提供了一种可能性，高密度和低功率的自旋轨道扭矩设备。此外，我们提供了一个任意的自旋极化方向的开关电流的解析表达式，这将是有用的设计自旋-轨道扭矩设备和解释自旋-轨道扭矩开关实验。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oscillatory spin-orbit torque switching induced by field-like torques
利用自旋-轨道力矩（SOT）的确定性磁化开关是近年来发展起来的一种有效的电控制永磁体磁状态的方法。SOT开关仍然缺乏随时间的振荡开关特性，因此，它限于双极操作，其中所施加的电流或场的极性的变化是双极开关所必需的。基于相干旋转的振荡开关方案不能应用于SOT，因为SOT开关通过磁畴的扩展发生。在这里，我们通过控制畴壁动力学实验实现了非相干SOT过程中的振荡开关。我们发现一个大的类场分量可以动态地影响决定SOT开关方向的畴壁手征。因此，在纳秒电流脉冲下，磁化在两个稳定状态之间交替切换。通过利用这种振荡开关行为，我们证明了单极确定性SOT开关方案，通过控制电流脉冲的持续时间。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of Type-X Spin-Orbit Torque Switching
与传统的y型设计相比，使用其中铁磁（FM）层的易磁化轴（EA）和电荷电流流动方向共线的x型自旋轨道转矩（SOT）切换方案，可以实现更低功耗、更高密度和更好性能的SOT磁阻随机存取存储器（SOT-MRAM）。在这里，我们系统地研究x型SOT开关性能的宏自旋和微磁模拟。首先在理想的x型结构中研究了开关电流密度（$J_{sw}$）与面外电场和各向异性场的关系。接下来，我们通过宏观自旋模拟和实验研究了$J_{sw}$的FM层倾斜角（$ϕ_{EA}$）依赖性，结果表明随着$ϕ_{EA}$的增加，开关动力学从x型转变为y型。通过进一步整合类场转矩（FLT）到模拟系统中，我们发现，一个积极的FLT可以协助x型SOT开关，而负的带来复杂的动态。更重要的是，在存在相当大的FLT的情况下，在小于~ 10 ns的电流脉冲宽度下，x型开关模式导致比y型更低的临界开关电流，这表明采用x型设计用于使用具有FLT的材料系统的超快开关的优点。我们的工作提供了一个彻底的检查x型SOT方案与各种器件/材料参数，这可以是信息设计下一代SOT-MRAM。
2021-08-03 cond-mat.mes-hall
Spin-torque switching mechanisms of perpendicular magnetic tunnel junctions nanopillars
理解垂直磁化的磁性隧道结纳米柱中由自旋转移矩引起的磁化动力学及其对材料参数的依赖性对于优化器件性能至关重要。在这里，我们提出了一个微磁学研究的自旋扭矩开关在盘形元件作为自由层的交换常数和磁盘直径的函数。开关一般发生1）增长的磁化进动幅度在元件中心; 2）的不稳定性，其中的反转区域移动到磁盘边缘，形成一个磁畴壁;和3）的磁畴壁的运动在整个元件。对于大直径和小交换，步骤1导致具有经历漂移不稳定性的完全反转核心的液滴（步骤2）。而在相反的情况下（小直径和大交换），在步骤2发生之前，盘的中心区域没有完全反转。微磁结构的起源被证明是磁盘的非均匀退磁场。更快、更一致和更节能的切换发生在更大的交换机和更小的磁盘直径上，显示了提高设备性能的途径。
2020-03-31 cond-mat.mes-hall
Ultrafast magnetization switching by spin-orbit torques
重金属/铁磁双层膜中由自旋霍尔和界面效应引起的自旋轨道转矩允许基于面内电流注入的开关几何形状。使用这种几何形状，我们证明了确定性的磁化反转的电流脉冲范围从180 ps到ms的Pt/Co/AlOx点的横向尺寸为90 nm。我们的开关概率和临界电流$I_c$的脉冲长度，幅度和外部磁场的函数。我们的数据证据两个不同的制度：一个短时间的内在制度，其中$I_c$比例线性与脉冲长度的倒数，和一个长时间的热辅助制度，其中$I_c$变化微弱。这两个制度是一致的磁化反转进行的成核和快速传播的领域。我们发现，$I_c$是一个因素3-4相比，一个单域模型和孵化时间是可以忽略不计的小，这是一个标志性的特点自旋轨道扭矩。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall
Symmetry-breaking effects on spin-orbit torque switching in ferromagnetic semiconductors with perpendicular magnetic anisotropy
本研究通过微磁模拟探究对称性破缺对垂直磁各向异性铁磁半导体中自旋轨道矩翻转的影响，揭示偏置场失准的扭曲效应及多种内禀因素可实现无场SOT翻转，为相关实验解释和自旋电子学发展提供支撑。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall
Deterministic magnetization switching using lateral spin-orbit torque
由自旋轨道力矩（SOT）引起的电流感应磁化切换对于下一代超低功耗存储器和逻辑应用具有相当大的希望。在大多数情况下，自旋-轨道转矩的产生依赖于面外自旋电流到磁性层中的外部注入，而通常需要沿着电流方向的外部磁场来通过SOT实现确定性切换。在这里，我们报告了确定性的电流诱导的SOT全磁化翻转的横向自旋轨道扭矩在零外部磁场。的Pt/Co/Pt的磁性结构进行局部退火的激光跟踪沿面内电流方向，导致在铁磁层内的横向Pt梯度，证实了微观结构和化学成分分析。在零磁场下，确定性电流诱导磁化翻转的方向依赖于激光轨迹的位置，但不依赖于外部面外自旋电流的净极化。从外部磁场下的行为，我们确定了两个独立的机制引起的SOT，即横向Pt-Co不对称性以及面外注入的自旋电流，在前一种情况下的极化和SOT的大小取决于退火轨道的相对位置和激光功率。我们的研究结果表明，一个有效的无场确定性全磁化开关方案，而不需要面外自旋电流注入或复杂的外部堆栈结构。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Spin-Transfer-Torque Switching of Synthetic Ferrimagnets
自旋电子器件（诸如磁性隧道结（MTJ））的自旋转移矩反转所需的开关速度和写入电流目前阻碍了它们在存储器和逻辑器件中的广泛实现。随着MTJ纳米结构的尺寸按比例缩小到直径数十纳米，这个问题进一步加剧，因为需要更高的磁各向异性材料来满足需要更高切换电流密度的热稳定性要求。在这里，我们提出了一个简单的解决方案，这些问题的基础上合成亚铁磁体（SFM）结构。通常假设，为了实现给定的开关延迟，电流必须超过临界电流一定的系数，因此较高的临界电流意味着较高的开关电流。我们表明，这是不是SFM结构的情况下，可以提供显着降低开关延迟为一个给定的电流密度，即使临界电流增加。这个非直观的结果可以从角动量守恒的要求来理解。我们的结论是，一个20纳米直径的MTJ纳入建议的SFM自由层结构可以在几十个皮秒的时间尺度切换。这种显着的开关速度可以通过采用目前的垂直磁各向异性材料与实验证明的交换耦合强度。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall
Effects of Longitudinal Spin Current Density Gradient on Spin-Orbit Torque Switching of Perpendicular Magnetization
State Key Laboratory of Semiconductor Physics and Chip Technologies, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所半导体物理与芯片技术国家重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术研究中心）
本文通过微磁模拟和实验证明，纵向自旋电流密度梯度无法替代纵向磁场实现垂直磁各向异性器件的确定性自旋轨道矩翻转，而垂直自旋更有效。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall
Exploring Ultra Low-Power on-Chip Clocking Using Functionality Enhanced Spin-Torque Switches
新兴的自旋力矩（ST）现象可能会导致超低压，高速纳米磁开关。这种基于电流的开关对于设计低摆幅的全局互连（如时钟网络和数据总线）可能是有吸引力的。在这项工作中，我们提出了使用这种ST开关的低功耗片上时钟的基本思想。对于时钟网络，自旋霍尔效应（SHE）可以用来产生一个辅助场，用于使用摆幅小于100 mV的全局网格时钟的快速ST切换。ST开关作为一个紧凑的锁存器，由超低电压输入脉冲写入。使用高电阻隧道结读取数据。时钟驱动的SHE写辅助可以在大量ST锁存器之间共享，从而减少用于时钟分配的负载电容。SHE辅助可以由低摆幅时钟（~ 150 mV）激活，因此可以促进超低电压时钟分配。由于减少了时钟负载和低电压工作，所提出的方案可以实现97%的低功耗芯片上的时钟相比，最先进的CMOS设计。严格的器件电路模拟和系统级建模所提出的计划将在未来解决。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall
Modulating spin transfer torque switching dynamics with two orthogonal spin-polarizers by varying the cell aspect ratio
我们研究了具有附加垂直极化器的面内磁性隧道结用于亚纳秒电流感应开关存储器。自旋转移力矩开关动力学的细胞的纵横比的函数进行了研究，实验和数值模拟使用的宏自旋模型。我们表明，各向异性场在动力学中起着重要的作用，随着两个自旋扭矩贡献的相对幅度。这一点通过微磁模拟得到了证实。反转的实时测量用低纵横比和高纵横比的样品进行。对于低纵横比，观察到的进动运动的磁化和温度上的进动相干性的影响进行了研究。对于高的纵横比，我们观察到磁化反转在小于1纳秒足够高的电流密度，最终状态被控制的磁性隧道结单元中的电流方向。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall
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
Magnetization reversal driven by low dimensional chaos in a nanoscale ferromagnet
高能效的磁化切换是非易失性磁存储和磁神经形态计算的核心问题。在过去的二十年里，几种有效的磁开关方法被证明是包括自旋力矩，磁电和微波辅助开关机制。在这里，我们报告了一个新的机制，引起磁开关的发现。我们的实验结果表明，低维磁混沌诱导的交变自旋力矩可以大大增加在纳米铁磁体的热激活磁开关的速率。这种机制在自旋力矩幅度上表现出明显的阈值特性，其效率随着自旋力矩频率的降低而增加。我们提出的分析和数值计算，定量地解释这些实验结果，并揭示了鞍平衡附近的低维磁混沌在提高开关率所发挥的关键作用。我们的工作揭示了在磁纳米系统的能量辅助切换中混沌和随机性之间的重要相互作用，并为提高自旋扭矩存储器和逻辑的能量效率铺平了道路。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall
