Deterministic switching of perpendicularly magnetic layers by spin orbital torque through stray field engineering
提出了一种利用自旋霍尔效应产生的自旋轨道力矩通过杂散场工程实现垂直磁化层确定性开关的多层膜结构。在我们的设计中，钉扎磁性层被引入由绝缘体隔开的起伏金属下，在垂直磁化层中产生面内杂散场。通过微磁学模拟和理论分析，我们证实了垂直磁化层的确定性开关。面内杂散场解释了结构中表现出的确定性切换，并且当施加的自旋电流密度高于临界自旋电流密度时，磁性层的反转最终状态是可预测的。此外，通过调节钉扎层的饱和磁化强度和尺寸，杂散场可以在很宽的范围内容易地进行调节，并且可以容纳不同的垂直磁化材料，而不需要任何外部磁场。
2017-10-20 physics.app-ph
Inductive detection of inverse spin-orbit torques in magnetic heterostructures
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨技术大学凯泽斯劳滕-兰道）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
研究通过诱导技术检测磁异质结构中的反向自旋轨道扭矩，利用自旋轨道扭矩驱动磁化动态，并通过矢量网络分析仪研究自旋动力学与反向自旋轨道扭矩过程中的电荷电流生成。
2024-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Field-free switching of a Spin-orbit torque device aided by interlayer-coupling induced domain walls
自旋-轨道力矩器件有望成为下一代磁存储器的候选器件，但其在高集成度电路中应用的主要障碍是需要静态面内场来诱导确定性开关。在这项工作中，我们提出了一种替代的方式来实现无场电流驱动磁化开关，而不是引入有效场的设备。通过在电流沟道两端添加Tb/Co多层膜，利用层间交换耦合产生辅助畴壁。无场确定性开关是通过电流驱动畴壁的移动来实现的。通过环位移的测量，我们发现作用在畴壁上的驱动力是由畴壁面内力矩的方向决定的。最后，我们将此元件改造成人工合成的反铁磁结构，以解决讯号读取的问题。本工作拓宽了无场自旋轨道转矩器件设计的选择，并清楚地描绘了两种不同的开关机制之间的差异。
2019-06-07 physics.app-ph
Nonreciprocally Boosting Magnetoacoustic Coupling with Surface-Acoustic-Wave-induced Spin Transfer Torque
本文提出利用Co/Cu/NiFe多层膜中SAW诱导的自旋转移力矩抑制磁子耗散，显著增强磁声耦合，并实现外部磁场下独特的非互易SAW传输，为开发片上多功能器件铺平道路。
2025-04-02 physics.app-ph
Write asymmetry of spin-orbit torque memory induced by in-plane magnetic fields
写入不对称性是磁性随机存取存储器（MRAM）中的一个基本问题，写入不对称性是由于磁化的自然随机行为而导致的高到低和低到高电阻切换的显著不同的写入电流。对于高性能自旋转移力矩（STT）MRAM，可以通过精确控制原子级薄磁性多层膜或通过在电路级设计中引入补偿技术来消除它，而对于自旋轨道力矩（SOT）MRAM，它尚未得到解决。在这里，我们系统地研究了SOT-MRAM的写入不对称性作为施加的磁场（H）的函数，并证明了写入电流本质上是不对称的，由于不同的SOT效率为高到低和低到高的切换。此外，我们发现，SOT效率是非常敏感的H和写电流之间的倾斜角，这可以通过H调谐，以实现对称的SOT开关。这些结果为SOT器件的设计提供了一个额外的指导原则，并建议通过调整无场SOT-MRAM结构中引入的有效磁场来消除写入不对称性。
2021-10-23 physics.app-ph
Magnetization dynamics in proximity-coupled superconductor/ferromagnet/superconductor multilayers
在这项工作中，磁化动力学研究在超导体/铁磁体/超导体三层膜在一个宽的频率，字段和温度范围内使用宽带铁磁共振测量技术。结果表明，在存在的超导层和超导接近在两个超导体/铁磁界面的铁磁共振出现了巨大的位移到更高的频率。这种现象是鲁棒的，基本上是长范围的：它已被观察到的一组样品的铁磁层的厚度范围从几十到几百纳米。共振频移的特征在于邻近感生的磁各向异性：由正的面内单轴各向异性和由磁化下降。位移和相应的单轴各向异性随铁磁层厚度的增加而增加。例如，对于350 nm厚的铁磁层，实验测得其各向异性达到0.27 T，而预测值约为0.4 T，这使其成为迄今报道的各向异性最高、自然谐振频率最高的铁磁薄膜结构。各种方案的超导性引起的磁各向异性进行了讨论。因此，这一现象的起源仍不清楚。提出了利用邻近诱导各向异性进行自旋波谱操纵的一种方法。
2020-05-30 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Absence of Spin Hall Magnetoresistance in Pt/(CoNi)n multilayers
系统地研究了具有垂直磁各向异性和面心立方（111）织构的Pt/（CoNi）n多层膜系统的磁电阻效应。在垂直于电流方向的平面上观察到了磁阻的角度依赖性，包括高阶余弦项;这是由于晶体对称性引起的几何尺寸效应、晶粒的有序排列以及界面对称性破坏引起的各向异性界面磁阻效应所致。基于我们的实验结果的准确性，自旋霍尔磁电阻（SMR）在Pt/（CoNi）n的幅度预计将低于$1\times10^{-4}$。然而，在使用自旋扭矩铁磁共振测量评估Pt的$\geq$ 0.07的自旋霍尔角时，我们的样品中SMR的理论量值估计超过$7\times10^{-4}$。实验结果中没有SMR可以用铁磁金属中巡游电子的Elliott-Yafet自旋弛豫来解释，这表明重金属/铁磁绝缘体中自旋电流的边界条件可能不适用于全金属异质结构。
2020-06-22 physics.app-ph
Field-free spin-orbit switching of canted magnetization in Pt/Co/Ru/RuO2(101) multilayers
本研究针对自旋轨道转矩磁随机存取存储器的无场磁化翻转需求，在Pt/Co/Ru/RuO2(101)体系中利用倾斜易轴与垂直电流产生的面外有效场实现无场翻转，通过调控Ru层厚度优化倾斜角可降低临界翻转电流密度，为RuO2基磁器件开发提供了可行策略。
2024-10-10 physics.app-ph
Influence of nonuniform magnetization reorientation on spin-orbit torque measurements
在铁磁/双金属多层膜中的自旋-轨道力矩的测量通常基于这样的假设，即整个铁磁层均匀地响应于自旋-轨道力矩。当铁磁层的厚度与动态交换耦合长度相当时，这种假设就不成立了，动态交换耦合长度在某些测量几何形状中可以短到几纳米。不均匀的磁化重取向与每个磁性子层对磁阻或克尔效应的不均匀贡献相耦合，可能会影响自旋轨道扭矩外推的准确性，特别是如果使用厚铁磁层的话。在本文中，我们使用数值模型来调查这样的影响在三个不同的技术：磁光克尔效应的方法，二次谐波方法和自旋力矩铁磁共振方法。结果表明，二次谐波和磁光克尔效应方法容易受到非均匀磁化重取向的影响，而自旋矩铁磁共振方法受到的影响较小.
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-circuit representation of spin-torque ferromagnetic resonance
自旋矩铁磁共振（ST-FMR）技术，特别是利用磁性绝缘体和重金属材料的巨自旋霍尔效应（SHE），在自旋电子学器件的发展中得到了广泛的关注。为了设计复杂的功能器件，有必要构建不同现象的等效自旋电路表示。这种表示方法有助于将物理方程转化为电路元件，基准实验，然后提出创造性和有效的设计。我们利用电路理论中的叠加原理，将自旋霍尔磁电阻效应和自旋抽运效应分离出来。我们表明，建议的自旋电路表示再现文献中的标准结果。我们进一步考虑多层像一个自旋阀结构的SHE层夹在两个磁性层，并显示如何相应的自旋电路表示可以通过简单地编写一个矢量网表，并使用电路理论解决。
2020-12-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Unified Treatment of Spin Torques using a Coupled Magnetisation Dynamics and Three-Dimensional Spin Current Solver
基于广义自旋漂移扩散描述的三维自旋电流求解器，包括自旋霍尔效应，与磁化动力学求解器集成。所得到的模型示出同时再现使用自旋霍尔效应，自旋泵产生的扭矩在多层膜中的磁化动力学，以及作用于磁化区域的自旋转移扭矩与空间梯度，而类场和类自旋扭矩的自旋阀的几何形状中再现的自旋轨道扭矩。两种方法来建模接口进行了分析，一个基于自旋混合电导和其他基于自旋电流的连续性，其中自旋退相长度支配的横向自旋分量的吸收。在这两种情况下，解析公式推导出的自旋-轨道扭矩在重金属/铁磁体双层几何形状，一般都产生类场和阻尼类扭矩。的分析方法的局限性进行了讨论，表明，即使在一个简单的双层几何形状，由于自旋电流的不均匀性，一个完整的三维治疗是必需的。最后，该模型被施加到定量分析的自旋霍尔角在Pt通过复制发表的实验数据的铁磁共振线宽的双层几何形状。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Anisotropic manipulation of terahertz spin-waves by spin-orbit torque in a canted antiferromagnet
本文通过铂/反铁磁体异质结构中的自旋轨道矩，实现了对具有双轴各向异性和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的反铁磁体中太赫兹自旋波带的各向异性电学操控，为电可调太赫兹波源及超快宽带无线通信提供了新途径。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chaos and relaxation oscillations in spin-torque windmill neurons
自旋电子神经元发出尖锐的电压尖峰，需要实现硬件神经网络，使低功耗的快速数据处理。在许多神经科学和计算机科学模型中，神经元被抽象为非线性振荡器。磁性纳米振荡器被称为自旋扭矩纳米振荡器，是在纳米尺度上模仿神经元的有趣候选者。然而，这些振荡器发出正弦波形而没有尖峰，而生物神经元是发出尖锐电压尖峰的弛豫振荡器。在这里，我们提出了一种简单的方法来模仿神经元尖峰在高磁阻纳米级自旋阀，两个磁性层是免费的，薄到足以通过自旋扭矩切换。我们的数值模拟结果表明，风车运动所引起的自旋力矩在建议的自旋电子神经元引起尖峰的形状和频率，设置的充电和放电时间，可以通过注入直流电流的幅度进行调谐。我们还发现，这些设备可以表现出混沌振荡。混沌样神经元动力学已在大脑中观察到，它是可取的，在一些神经形态计算应用程序，而它应该避免在其他。我们证明了混沌的程度可以在很宽的范围内调整工程的磁堆和各向异性，并通过改变直流电流。所提出的自旋电子神经元是利用非线性动力学计算的硬件神经形态芯片的一个有前途的构建块。
2018-10-04 cond-mat.dis-nn physics.app-ph
Reconfigurable classifier based on spin torque driven magnetization switching in electrically connected magnetic tunnel junctions
本研究提出基于电连接磁隧道结网络的可重构分类器，通过自旋转矩驱动磁化翻转分类输入电流幅值编码信息，实验证明三结网络的口语元音分类识别率优于同参数量软件神经网络，为大规模神经形态网络发展提供支撑。
2024-07-09 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
Electrical control of magnetism by electric field and current-induced torques
本文综述电场与电流诱导转矩调控磁学的最新进展，梳理基础概念、二者结合方式及相关器件应用，指出该领域基础研究与技术协同推进的发展脉络并给出未来展望。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
