Robust stabilization of high-frequency magnetic droplets in W-CoFeB-MgO nanoconstriction spin Hall nano-oscillators
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔基分校）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
本研究通过微磁学模拟，在CMOS兼容的W/CoFeB/MgO纳米窄条SHNO中实现了斜向磁场下高频非传播磁滴的鲁棒稳定，揭示了不同电流密度下磁滴的振荡行为及磁场对其传播特性的调控作用。
2026-08-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Controlling Domain-Wall Nucleation in Ta/CoFeB/MgO Nanomagnets via Local Ga+ Ion Irradiation
畴壁成核过程的全面控制对于基于自旋的新兴技术是至关重要的，所述新兴技术从随机存取和存储级存储器到畴壁逻辑概念到纳米磁性逻辑。在这项工作中，聚焦Ga+离子辐照研究作为一种有效的手段来控制域壁成核Ta/CoFeB/MgO纳米结构。我们发现，类似于He+照射，它不仅可以减少垂直磁各向异性，而且还可以显着增加它，使新的，双向的操纵方案。首先，在薄膜水平上评估辐照效应，概述了磁能景观中的剂量依赖性变化。随后的时域成核特性的照射纳米结构揭示了各向异性领域的大幅增加，但令人惊讶的是，对测量的能量势垒的影响很小，表明收缩成核体积。畴壁形核点的空间控制是通过采用预辐照磁体的聚焦辐照来实现的，引入的圆形缺陷的直径控制磁致伸缩性。特别注意的成核机制，从斯通-Wohlfarth粒子的相干旋转从各向异性梯度脱钉。动态微磁模拟和相关的测量，除了模型和分析这种脱钉为主的磁化反转。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
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
Out-of-Plane Polarization from Spin Reflection Induces Field-Free Spin-Orbit Torque Switching in Structures with Canted NiO Interfacial Moments
本研究在Ta/CoFeB/MgO/NiO/Ta结构中利用NiO界面倾斜磁矩的自旋反射产生面外自旋极化σz，在CoFeB/MgO体系中实现了无需面内磁场的确定性SOT翻转，最优翻转比率接近100%。
2024-07-04 physics.app-ph
Anomalous and Topological Hall Resistivity in Ta/CoFeB/MgO Magnetic Systems for Neuromorphic Computing Applications
本文研究了Ta/CoFeB/MgO磁性异质结中斯格明子的反常与拓扑霍尔电阻率，结合实验与微磁学模拟提出基于斯格明子的突触器件，并在MNIST上实现接近90%的识别准确率。
2023-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Field-Free Switching of Perpendicular Magnetic Tunnel Junction via Voltage-Gated Spin Hall Effect for Low-Power Spintronic Memory
自旋霍尔效应（SHE）和压控磁各向异性（VCMA）是两种很有前途的低功耗磁化电操纵方法。最近，磁场自由切换的垂直磁化通过SHE已被报道与援助的交换偏置从反铁磁IrMn层。在这封信中，我们实验证明，IrMn/CoFeB/MgO结构表现出的VCMA效应为39 fJ/Vm，这是可比的Ta/CoFeB/MgO结构。在SHE和VCMA的组合下的磁化动力学建模和仿真。据发现，通过施加1.5 V的电压，临界SHE开关电流可以降低10倍，由于VCMA效应，导致低功耗操作。此外，高密度自旋电子存储器结构可以用位于单个IrMn条上的多个磁性隧道结（MTJ）来构建。通过混合CMOS/MTJ模拟，我们证明，可以实现快速写操作的功耗只有8.5 fJ/位。这些发现揭示了利用电压门控SHE实现高密度、低功耗自旋电子存储器的可能性。
2018-04-30 physics.app-ph
Memristive control of mutual SHNO synchronization for neuromorphic computing
大自旋霍尔纳米振荡器（SHNO）阵列的同步是基于纳米级耦合振荡器网络的超快非常规计算的一种有吸引力的方法。然而，对于大型阵列，与网络的接口，调谐其各个振荡器，它们的耦合，以及提供用于训练目的的内置存储单元，仍然是巨大的挑战。在这里，我们使用W/CoFeB/MgO/AlOx基SHNO的忆阻门控来解决所有这些挑战。在其高阻态（HRS）中，忆阻器纯粹通过所施加的电场来调制CoFeB/MgO界面处的垂直磁各向异性（PMA）。在其低电阻状态（LRS）中，并且取决于电压极性，忆阻器向SHNO驱动器增加电流/从SHNO驱动器减少电流。HRS和LRS中的操作影响SHNO自振荡模式和频率，其可以调谐到28 MHz/V。这种调谐允许我们可逆地打开/关闭四个SHNO链中的相互同步。我们还展示了两个单独控制的忆阻器来定制耦合强度和同步状态的频率。因此，忆阻器门控是一种有效的方法来输入，调谐和存储SHNO阵列的状态，用于任何非传统的计算范例，都在一个平台。
2020-09-14 physics.app-ph
Terahertz spin conductance probes of coherent and incoherent spin tunneling through MgO tunnel junctions
本文利用太赫兹发射光谱测量CoFeB/MgO/Pt结构中MgO层的复值自旋电导，区分了Pt针孔输运、相干隧穿及缺陷态介导的非相干共振隧穿，并发现后者弛豫时间随MgO厚度单调增长至270 fs，与解析模型一致。
2023-06-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nonlinearity Modulation of Auto-oscillations in Three-terminal Magnetic Tunnel Junctions
Fert Beijing Institute, School of Integrated Circuit Science and Engineering, Beihang University（北京航空航天大学集成电路科学与工程学院 Fert 北京研究所）；National Key Laboratory of Spintronics, Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州国际创新研究院 自旋电子学国家重点实验室）
本文研究了三端磁隧道结中自振荡的非线性调制，发现磁场方向和CoFeB厚度可显著调节非线性性，并通过电调制实现零非线性，为高质量微波发生器和神经形态计算提供新方法。
2025-05-10 physics.app-ph
Modulation of field-like spin orbit torque in heavy metal / ferromagnet heterostructure
最近的研究重新发现了类场自旋轨道矩（SOT）在纳秒时间尺度SOT动力学中的关键作用。然而，目前还没有一种有效的方法来控制其相对振幅。在这里，我们通过调节界面自旋积累来实验调制W/CoFeB/MgO三层中的类场SOT。通过自旋霍尔磁电阻测量，我们发现，无论是通过较大的层厚还是适当的退火，都能显著提高CoFeB薄膜的自旋吸收和界面自旋混合电导G_r。当类阻尼力矩效率随G_r增大而增大时，类场力矩效率随G_r增大而减小，这表明界面自旋的增加降低了类场力矩的产生.我们的工作为进一步提高SOT基磁性器件的性能提供了一条新的途径。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Giant voltage control of spin Hall nano-oscillator damping
自旋霍尔纳米振荡器（SHNO）是新兴的用于微波信号产生和基于振荡器的神经形态计算的自旋电子器件，其结合了纳米尺度覆盖区、快速和超宽微波频率可调谐性、CMOS兼容性以及强非线性特性，提供了在链和二维阵列中的鲁棒的大规模相互同步。虽然SHNO可以通过磁场和驱动电流进行调谐，但这两种方法都不利于大型阵列中的单个SHNO控制。在这里，我们展示了电门控W/CoFeB/MgO纳米收缩，其中依赖于电压的垂直磁各向异性，调谐频率，并且由于纳米收缩几何形状，大幅修改了收缩区域中的自旋波局部化，导致在4伏以上的有效阻尼的巨大的42%的变化。因此，SHNO阈值电流可以被强烈地调谐。我们的演示为纳米收缩SHNO增加了关键功能，并为SHNO链和神经形态计算阵列中的单个振荡器的节能控制铺平了道路。
2020-06-03 physics.app-ph
Self Biased Integrated Magnonic Device
本文首次展示了一种完全集成在硅衬底上的自偏置可调谐磁振子器件，通过调节磁通集中器与永磁体间距实现偏置场和自旋波频带及相移的精确调控，为超越6G通信提供了无需外部磁体的芯片级解决方案。
2025-02-05 physics.app-ph
Fabrication of voltage gated spin Hall nano-oscillators
我们展示了一种优化的电场（电压门）控制的纳米收缩自旋霍尔纳米振荡器（SHNO）的制造工艺，实现了特征尺寸<30 nm，易于处理的ma-N 2401电子束光刻负性抗蚀剂。对于纳米级电压门，我们利用两步倾斜离子束蚀刻方法和通孔封装，使用30 nm<sub>HfOx</sub>。与无倾斜相比，优化的倾斜蚀刻工艺减少了75%的侧壁。此外，<sub>HfOx封装</sub>避免了任何侧壁分流并改善了栅极击穿。我们的实验结果表明，W/CoFeB/MgO/<sub>SiO2</sub>SHNO的显着的频率调谐（6 MHz/V），即使在中等的垂直磁各向异性。直径为45 nm的圆形图案，实现了80%的人口的纵横比优于0.85。优化的制造工艺允许将大量的单个门与SHNO阵列接口，用于非常规计算和密集的自旋电子神经网络。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Two-terminal spin-orbit torque magnetoresistive random access memory
自旋转移力矩磁阻随机存取存储器（STT-MRAM）由于其非易失性、快速操作和高耐久性而成为当前随机存取存储器技术的有吸引力的替代方案。然而，STT-MRAM确实具有限制，包括STT切换的随机性质和高临界切换电流，这使得它不适合于纳秒和亚纳秒范围的超快操作。自旋轨道转矩（SOT）开关，它依赖于面内电流产生的转矩，有可能克服这些限制。然而，到目前为止研究的SOT-MRAM单元使用三端子结构以施加面内电流，这增加了单元的尺寸。在这里，我们报告了一个双端SOT-MRAM单元的基础上的CoFeB/MgO磁性隧道结支柱的钽和狭窄的底层。在该器件中，在施加电压时同时产生面内和面外电流，并且我们证明了开关机制由SOT主导。我们还比较了我们的设备与STT-MRAM单元建立了相同的架构，并表明SOT-MRAM单元中的临界写入电流减少了70%以上。
2018-08-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultra-large mutually synchronized networks of 10 nm spin Hall nano-oscillators
本研究利用 W-Ta/CoFeB/MgO 三层膜中的超窄纳米收缩，将互同步 SHNO 网络规模提升至 105,000 个，创下微波功率与品质因数新纪录，并阐明了频率可调性的阵列尺寸依赖机制。
2025-01-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage control of frequency, effective damping and threshold current in nano-constriction-based spin Hall nano-oscillators
通过微磁模拟研究 VCMA 与栅极宽度对 W/CoFeB/MgO 纳米收缩 SHNO 的调控，发现宽度匹配时有效阻尼可提升一个数量级，从而实现宽频高效电压控制。
2022-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
Optical heterodyne microscopy of operating spin Hall nano-oscillator arrays
本研究利用基频和参数泵浦两种光学外差检测技术，微观表征了不同材料自旋霍尔纳米振荡器的高频自振荡，并绘制了用于Ising机的相位二值化器件的自振荡幅度与相位图，为自旋电子计算技术的表征奠定了基础。
2024-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
