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
Ultrafast Switching of Antiferromagnets via Spin-transfer Torque
皮秒开关的交错反铁磁秩序被证明是可实现的，通过自旋转移扭矩从一个短的电流脉冲。亚晶格磁化的耦合动力学映射到一个经典的钟摆受到重力和驱动脉冲，开关发生，如果钟摆获得足够的动能在脉冲克服最大的有效重力势。通过开关角和磁损耗对电流脉冲宽度和强度的依赖关系，探讨了最佳开关方案。这里讨论的物理提供了一个通用的路线走向多功能太赫兹应用程序通过反铁磁材料中的自旋转移力矩。
2015-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque for field-free switching in C_{3v} crystals
非中心对称多晶磁性异质结构中的自旋轨道力矩通常用类场力矩和类阻尼力矩来描述。然而，具有较低对称点群的材料可以表现出其行为大大偏离常规的扭矩。特别地，基于对称性论点，最近提出属于C_{3v}点群的系统显示可以促进无场切换的自旋轨道转矩[Liu等人，Nature Nanotechnology 16，277（2021）]。在目前的工作中，我们分析了一般形式的预期扭矩在C3v晶体使用不变量理论。我们发现了几个新的组件，从共存的三重旋转和镜像对称性。使用紧束缚模型和第一性原理模拟，我们表明，这些非常规的扭矩组件产生的费米表面的三角形翘曲的发病，可以作为阻尼类扭矩大。换句话说，费米表面翘曲是低对称性晶体中无场开关开始的关键指标。
2023-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical Computation of Spin-Transfer Torques for Antiferromagnetic Domain walls
基于紧束缚模型中的线性响应理论，我们数值计算了反铁磁畴壁的电流诱导自旋转移力矩。我们发现，与铁磁畴壁运动不同，绝热自旋力矩对反铁磁畴壁运动的贡献可以忽略不计，这与以前的理论是一致的。因此，非绝热自旋转移力矩是反铁磁畴壁运动的主要驱动力矩。此外，非绝热自旋转移扭矩的较窄的反铁磁畴壁的增加更迅速比铁磁畴壁，这是由于反铁磁畴壁的增强的自旋错误跟踪过程。
2020-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin torque and charge resistance of ferromagnetic semiconductor $2π$ and $π$ domain walls
电荷电阻和自旋扭矩产生的相干载流子传输通过铁磁360度畴壁，虽然他们遵循定性不同的趋势比180度畴壁。360度畴壁的电荷电阻在中间壁厚处达到最大值，不像180度畴壁，其电阻随壁厚单调减小。的自旋扭矩的峰值振幅和最佳的畴壁的厚度，以最大限度地提高扭矩为360度的壁是两倍以上的发现为180度的畴壁在相同的材料，产生较大的畴壁速度为360度的壁，并提出意想不到的非线性磁电子器件纳入畴壁运动。
2009-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of the Non-Collinear Polarizer Layer in Spin Transfer Torque Switching Processes
我们最近报道，自旋转移力矩开关电流密度是非常敏感的，不仅结的大小，但也交换刚度常数的自由层根据微磁学模拟。由于非相干自旋翻转过程的存在，所得结果非常复杂，与宏观自旋模型相差甚远。当我们采用非共线极化层时，开关电流密度对结尺寸和交换刚度常数的依赖性变得系统化。研究发现，非共线极化层通过打破对称自旋组态增强了自旋动力学的相干性。
2013-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Benchmarking of spin-orbit torque switching efficiency in Pt alloys
我们系统地研究了具有垂直磁各向异性的Pt $_{x}$ Cu $_{1-x}$ /Co/MgO磁性异质结构，并报告了Pt-Cu合金系统自旋轨道扭矩转换效率的显着改善。由磁滞回线位移测量确定的Pt $_{0.57}$ Cu $_{0.43}$的最大类阻尼自旋轨道力矩效率约为0.44，这是由于合金化调整了较高的电阻率。此外，从电流感应开关测量的结果，一个较低的临界开关电流密度是通过适当的合金化，由于同时提高自旋轨道转矩效率和减少的钴层的矫顽力。最后，证明了使用Pt $_{x}$ Cu $_{1-x}$合金降低功耗和保持良好热稳定性的能力，这表明Pt $_{x}$ Cu $_{1-x}$是未来SOT-MRAM应用的有吸引力的候选者。
2020-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-free switching of perpendicular magnetic elements by using two orthogonal sub nanosecond spin orbit torque pulses
本文提出利用两个正交SOT电流的时序关断来打破对称性，实现垂直磁性元件的无场快速翻转，脉冲最短可达0.25纳秒。
2024-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate voltage modulation of spin-Hall-torque-driven magnetic switching
在未来的磁存储器和非易失性自旋逻辑器件中实现磁化的有效控制的两个有前途的策略是来自自旋极化电流的自旋转移力矩和电压控制的磁各向异性（VCMA）。自旋转移矩作为下一代磁存储器的写入机制正在广泛发展，而VCMA由于更小的欧姆损耗而提供了甚至更好的能量性能的潜力。在这里，我们介绍了一个3端磁性隧道结（MTJ）器件，结合了这两种机制，以实现新的功能：栅极电压调制的自旋扭矩开关。这种选通使得更节能的开关以及用于存储器和逻辑应用的改进的架构成为可能，包括用于制造具有最大密度交叉点几何结构的磁性存储器的简单方法，该方法不需要用于每个MTJ的控制晶体管。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Switching of Perpendicular Ferromagnets by Higher harmonics of Spin-orbit Torque in Noncentrosymmetric Weyl Semimetals
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
本文通过自旋轨道扭矩的高次角谐波，在保持面内镜像对称的系统中实现了垂直铁磁体的无场确定性翻转，并在非中心对称外尔铁磁体PrAlGe中通过第一性原理计算验证了该机制。
2026-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Switching of the Néel Vector by Asymmetric Spin Torque
Anhui Province Key Laboratory of Low-Energy Quantum Materials and Devices, High Magnetic Field Laboratory, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院高磁场实验室低能量子材料与器件安徽省重点实验室）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Key Laboratory of Materials Physics, Institute of Solid State Physics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所材料物理重点实验室）；MOE Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter, Shaanxi Province Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Optoelectronic Devices, School of Physics, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学物理学院非平衡合成与调控凝聚态物质教育部重点实验室陕西省量子信息与量子光电探测器件重点实验室）；School of Physics and Optoelectronic Engineering, Anhui University（安徽大学物理与光电工程学院）；Collaborative Innovation Center of Microstructures, Nanjing University（南京大学微结构协同创新中心）；Institute of Physical Science and Information Technology, Anhui University（安徽大学物理科学与信息技术学院）
通过不对称自旋扭矩实现反铁磁体Néel向量的确定性切换，为反铁磁自旋电子学的高效写入提供了新方法。
2026-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin torque switching with the giant spin Hall effect of tantalum
我们报道了β-Ta中的巨大自旋霍尔效应（SHE），其产生的自旋电流足够强，以诱导铁磁体的有效自旋转移矩切换，从而提供了一种新的控制磁性器件的方法，该方法可以优于现有技术。我们量化这SHE由三个独立的方法，并证明自旋扭矩（ST）开关的面外和面内磁化层。我们实现了一个三端设备，利用电流通过一个低阻抗Ta-铁磁体双层的纳米磁体的效果切换，具有较高的阻抗的磁性隧道结读出。这种器件的效率和可靠性，以及其制造的简单性，表明这种三端SHE-ST设计可以消除目前阻碍磁存储器和非易失性自旋逻辑技术发展的主要障碍。
2012-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Switching speed distribution of spin-torque-induced magnetic reversal
利用Fokker-Planck方程（FPE）计算了单畴铁磁体在自旋电流激励下的开关几率。在单轴各向异性的情况下，FPE减少到一个常微分方程，其中最低的本征值$λ_1$确定最慢的开关事件。我们用解析和数值方法计算了$λ_1$。结果发现，以前的模型的基础上热分布的初始磁化状态\cite{Sun1}可以准确地证明在一些有用的限制条件。
2006-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral magnetization textures stabilized by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction during spin-orbit torque switching
我们研究了Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya）对垂直磁化重金属/铁磁体/氧化物三层膜电流感生磁开关的影响，实验和微磁学模拟都是如此。我们报告的生成足够大的开关区域中的磁感应强度的稳定的螺旋磁化条纹，从而产生中间状态的磁化确认的基本作用的的开关过程。我们比较的模拟和实验结果的宏观自旋模型，显示需要一个微磁的方法。温度对开关的影响也进行了讨论。
2014-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque in Pt/CoNiCo/Pt symmetric devices
通过自旋轨道转矩的电流感生磁化切换提供了在重金属/铁磁体（FM）多层系统中写入信息的能量有效的手段。类场转矩和类阻尼转矩对电流引起的磁化翻转的相对贡献仍有争议。在这里，我们描述了一种基于对称Pt/FM/Pt结构的器件，在该器件中，我们展示了来自自旋霍尔效应的强阻尼类扭矩和来自Rashba效应的不可测量的类场扭矩。由于自旋霍尔效应的自旋-轨道有效场进行了定量研究，并被发现是一致的开关有效场后，占开关电流减少，由于热波动的电流脉冲。揭示了平均Mz的确定性开关与面内磁场的非线性关系，这可以通过微磁学模拟来解释和理解。
2015-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque switching of Néel order in band-inverted antiferromagnetic bilayer MnBi$_2$Te$_4$
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
研究通过第一性原理证明自旋轨道扭矩可直接电控反铁磁双层MnBi₂Te₄的Néel配置，重构其边界谱，并在掺杂下增强扭矩，提供无焦耳加热的无耗散间隙扭矩和增强的电流诱导扭矩控制方法。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-Resolved Spin Torque Switching and Enhanced Damping in Py/Cu/Py Spin-Valve Nanopillars
我们报告了在温度T = 4.2 K到160 K的Py/Cu/Py椭圆纳米柱中电流诱导的自由磁性层反转的时间分辨测量。比较数据的Landau-Lifshitz-Gilbert宏观自旋模拟的自由层开关产生的自旋力矩和吉尔伯特阻尼参数的数值作为T的函数。阻尼是强烈的T依赖性，我们归因于反铁磁钉扎行为的薄坡莫合金氧化物层周围的自由层的周长。这种外来的反铁磁钉扎层可以对自旋扭矩现象产生重大影响。
2005-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin torque switching in perpendicular films at finite temperature
我们展示了如何在非零温度下改变垂直各向异性的情况下的自旋力矩开关的相图。平行态和反平行态共存的磁滞区缩小，出现了一个新的电报噪声区。在小样本中，岁差和平行态共存的区域可以完全消失。我们表明，零和非零温度的相图可以理解和计算绘制的有效能量作为角度的函数。组合分析对于系统地描述相图是有用的。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of nonadiabatic spin transfer torque on domain wall resonance frequency and mass
通过解析模型和微磁学模拟研究了半环形纳米线中磁畴壁的动力学行为。我们发现，阻尼正弦振荡的磁畴壁周围的平衡位置的小位移角下的外部磁场在没有电流。通过研究电流诱导的非绝热自旋转移矩对磁畴壁共振频率和质量的影响，发现当非绝热自旋转移矩与绝热贡献之比大于1时，共振频率和磁畴壁质量均发生红移.
2011-03-24 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
Field-free deterministic switching of a perpendicularly polarized magnet using unconventional spin-orbit torques in WTe2
具有垂直磁各向异性（PMA）的磁体的磁化状态的自旋轨道转矩（SOT）驱动的确定性控制是包括非易失性、超快和能量高效数据存储设备的下一代自旋电子应用的关键。但是，垂直磁化的无场确定性切换仍然是一个挑战，因为它需要平面外的抗阻尼扭矩，这是不允许在传统的自旋源材料，如重金属（HM）和拓扑绝缘体由于系统的对称性。在涌现的量子材料中利用低晶体对称性提供了一种独特的方法来实现具有非常规形式的SOT。在这里，我们报告的第一个实验实现的无场确定性磁开关的垂直极化范德华（VDW）磁铁采用的平面外的抗阻尼SOT中产生的层状WTe2，这是一种低晶体对称性的量子材料。数值模拟证实，在WTe2的平面外的反阻尼扭矩是负责所观察到的磁化切换在垂直方向上。
2020-12-22 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
Spin-Orbit Torques in ferrimagnetic GdFeCo Alloys
研究了富过渡金属（TM）和富稀土（RE）两种结构的亚铁磁性Gd $_x$（Fe $_{90}$ Co $_{10}$）$_{100-x}$薄膜的自旋-轨道转矩开关。自旋-轨道扭矩驱动的磁化切换遵循相同的偏手性在TM-丰富和RE-丰富的样品相对于总磁化，但偏手性的切换是相反的相对于TM磁化。这表明自旋-轨道-转矩驱动的磁切换的符号遵循总磁化，尽管基于输运的技术（诸如异常霍尔效应）仅对过渡金属磁化敏感。这些结果为研究反铁磁耦合亚晶格材料中自旋角动量转移的物理性质提供了重要的理论依据。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Domain Wall Motion Orthogonal To Current Flow Due To Spin Orbit Torque
确定性的控制畴壁正交的电流流动的方向证明了利用自旋轨道扭矩在垂直极化的Ta/CoFeB/MgO多层在面内磁场的存在下。值得注意的是，即使在存在外部磁场的情况下，这种相对于电流流动的正交运动也不可能来自传统的自旋转移力矩驱动的畴壁传播。反转的极性的电流或面内场被发现反转的畴壁运动的方向。从这些测量，这是不受任何传统的自旋转移扭矩的对称性，我们估计的自旋轨道扭矩效率Ta为0.08。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The current-induced spin-orbit torque and field-free switching from Mo-based magnetic heterostructures
Mo/CoFeB/MgO磁性异质结构具有很强的垂直磁各向异性和热稳定性。通过电流感生磁滞回线位移的测量，我们发现Mo/CoFeB/MgO异质结构的类阻尼自旋轨道矩（SOT）效率为$ξ_{DL}\approx -0.003\pm 0.001$，并且在300 $^\circ$ ~ 400 $^\circ$ C范围内与退火温度无关。虽然$|ξ_{DL}|$与Ta或W基异质结构相比很小，但仍然可以实现热稳定的Mo/CoFeB/MgO异质结构的可逆电流诱导SOT开关。此外，我们观察到无场电流诱导开关从Mo/CoFeB/MgO结构与Mo层被楔形沉积。我们的研究结果表明，即使是一个弱的自旋轨道相互作用的4d过渡金属，如钼，它仍然有可能产生足够的自旋电流为传统的SOT开关和实现无场电流感应开关的结构工程。
2018-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant Acoustic Wave Assisted Spin-Transfer-Torque Switching of Nanomagnets
我们报告的可能性，实现一个数量级的减少能量耗散需要写位在垂直磁隧道结（p-MTJ）通过模拟的磁化动力学下的组合的共振表面声波（r-SAW）和自旋转移矩（STT）。在考虑热噪声的情况下，采用Landau-Lifshitz-Gilbert方程，在宏观自旋假设下，模拟了系统的磁化动力学.磁致伸缩纳米磁体中的共振磁化动力学建立在SAW应用的几十个循环上，其驱动磁化以从垂直方向偏转约45度的锥形旋进。这降低了切换磁化方向所需的STT电流密度，而不会增加STT应用时间或降低在存在室温热噪声的情况下的切换概率。这可以导致实现自旋转移矩随机存取存储器（STTRAM）的能量有效切换的途径，其横向尺寸可以通过采用共振激发而被积极地缩放，尽管使用具有低磁致伸缩的材料。
2019-07-04 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
Current induced domain wall dynamics in the presence of spin orbit torques
研究了在自旋轨道力矩存在下，垂直磁化纳米带中电流诱导的畴壁运动。我们表明，使用微磁模拟的方向上的电流引起的DW运动和相关的DW速度依赖于类场转矩（FLT）和Slonczewski类转矩（FLT）的相对值。结果很好地解释了集体坐标模型，这是用来绘制相图的DW动力学的函数的FLT和的ESTA。我们表明，一个大的DW速度的增加，可以通过适当的调整这两个扭矩达到。
2013-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbit-transfer torque driven field-free switching of perpendicular magnetization
通过电控制反转垂直磁化（PM）对于低功耗磁性随机存取存储器（MRAM）的高密度集成至关重要。虽然自旋转移矩（STT）和自旋轨道矩（SOT）技术已经被用于切换具有垂直磁各向异性的自由层的磁化，但是由于直接通过结的高电流密度，前者具有有限的耐久性，而后者需要外部磁场或非常规配置来打破对称性。在这里，我们提出并实现了轨道转移转矩（OTT），即施加转矩的磁化使用的轨道磁矩，从而证明了一种新的策略，电流驱动的PM反转没有外部磁场。由于非零Berry曲率偶极子的存在，在少层WTe 2中注入直流电，产生轨道磁矩的垂直极化，并通过改变电流极性实现极化方向的切换.在此基础上，我们构建了WTe 2/Fe 3GeTe 2异质结，实现了OTT驱动的无场确定性PM开关。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical spin transfer torque driven domain wall motion in ferromagnetic semiconductor
我们演示了在稀磁半导体，GaMnAsP的磁畴壁的位置的光学操纵。确定了两个主要贡献。首先，光生载流子自旋通过交换作用对磁化强度施加自旋转移矩。可以使用激光的螺旋度来控制畴壁运动的方向。其次，畴壁被吸引到由聚焦激光产生的热点。与磁场驱动的畴壁脱钉不同，这些机制直接驱动畴壁运动，提供了类似光学镊子的定位和局部探测畴壁的能力。
2015-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall torque driven chiral domain walls in magnetic heterostructures
描述了自旋霍尔力矩驱动下双磁性异质结构中磁畴壁的运动。我们展示了垂直磁化CoFeB的结果|具有各种重金属底层的MgO异质结构。畴壁根据底层材料的不同沿电流流动方向或逆电流流动方向移动。畴壁移动的方向与在这些异质结构中形成的畴壁螺旋的手性相关联。一维模型被用来描述的实验结果和提取参数，如Dzyaloshinskiii-Moriya交换常数，这是负责的畴壁螺旋的形成。本文描述了在磁性异质结构中界面控制所引起的快速效应。
2015-03-25 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
Thermally activated switching of perpendicular magnet by spin-orbit spin torque
本文从理论上研究了自旋-轨道自旋矩作用下垂直磁体热激活开关的阈值电流。基于Fokker-Planck方程，我们得到了开关电流的解析表达式，与数值结果一致。我们发现，热能势垒表现出准线性的电流依赖性，导致在一个几乎线性的对数缩放的电流脉冲宽度的开关电流的依赖性，甚至低于10纳秒。这与标准自旋扭矩切换形成鲜明对比，在标准自旋扭矩切换中，热能势垒对电流具有二次依赖性，并且切换电流在短脉冲下快速增加。我们的研究结果将作为设计和解释基于自旋-轨道自旋矩的开关实验的指导方针
2014-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic multi-level spin orbit torque switching using He+ microscopy patterning
He $^+$离子辐照用于在霍尔条中以不同辐照剂量图案化Pt/Co/W膜的多个区域。由此产生的垂直磁各向异性景观，使选择性的多级电流感应开关，与完全确定性控制的位置和顺序的各个开关元件。关键图案设计参数的规定，打开一条可扩展的多级开关器件。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-orbit torque induced electrical switching of antiferromagnetic MnN
反铁磁体的电开关和读出允许在纳米级电子器件中利用反铁磁体材料的独特性质。在这里，我们报告的实验自旋-轨道扭矩诱导的电开关的多晶，金属反铁磁体具有低各向异性和高内尔温度。我们证明了开关在Ta / MnN / Pt三层系统，沉积（反应）磁控溅射。开关振幅，效率和弛豫的依赖关系进行了研究相对于氮化锰膜的厚度，样品温度，和电流密度。我们的研究结果是一致的热激活模型，并在很大程度上类似于以前的测量CuMnAs和Mn $_2$金，表现出类似的开关特性，由于一个内在的自旋轨道扭矩。
2019-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Sub-Nanosecond Switching of Perpendicular Magnetization by the Field-like Spin-Orbit Torque without an External Magnetic Field
从理论上研究了类优势场自旋轨道力矩对均匀磁化的小器件的磁化翻转的影响。我们表明，对于一定范围的比率（0.23-0.55）的Slonczewski的类场转矩，它是可以确定性地切换磁化，而不需要任何外部辅助场。脉冲长度的精确控制是不必要的，但脉冲边缘锐度是关键的。通过微磁模拟，数值验证了所提出的开关方案在器件中的有效性。无辅助场的开关对于自旋-轨道力矩在磁存储器中的应用具有重要意义。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of the Switching Current Density on the Junction Sizes in Spin Transfer Torque
利用微磁学模拟研究了自旋转移矩纳米柱结构中开关电流密度与结尺寸的关系。虽然宏观自旋模型预测开关电流密度对结尺寸的依赖性很弱，但我们发现开关电流密度是结尺寸的敏感函数。这一现象可以用开关过程中复杂的自旋组态和动力学来解释。详细的自旋组态和动力学由自旋波激发和有限波矢决定，这与交换耦合能和结的形状有关。
2012-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Reduction of current for magnetization switching in a nanomagnet with perpendicular anisotropy by spin-splitter torque
该研究通过宏自旋模型分析SST驱动的垂直各向异性纳米磁体翻转，表明优化极角和电流脉冲可大幅降低阈值电流与错误率，为低功耗SST-MRAM提供依据。
2025-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization Switching in van der Waals Systems by Spin-Orbit Torque
本文综述范德华材料产生的自旋电流诱导磁化翻转的研究进展，涵盖SOT与范德华材料基础及其在低功耗磁存储和逻辑中的应用。
2023-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque switching from geometrical domain wall pinning
自旋-轨道力矩利用自旋-轨道耦合产生的自旋电流，提供了一种新的方法来电切换垂直各向异性的磁化强度。然而，实现确定性切换的外部磁场的必要性是实现具有全电操作的实际自旋轨道转矩装置的障碍。在这里，我们报告了一个无场自旋轨道转矩开关，利用畴壁运动的抗缺口与垂直各向异性的微丝，表现出多畴状态稳定的畴壁表面张力。自旋-轨道力矩、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和畴壁表面张力诱导的几何钉扎的组合允许对畴壁的确定性控制，并提供了实现无场自旋-轨道力矩切换的新方法。我们的工作证明了垂直存储单元的概念，它可以很容易地在三端磁存储器中采用。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Electric breakdown in ultra-thin MgO tunnel barrier junctions for spin-transfer torque switching
制备了用于自旋转移矩开关的磁性隧道结，研究了其介电击穿特性。击穿通常发生在比开关电压高不了多少的电压下，这是实现自旋转移矩磁性随机存取存储器的瓶颈。完整和破碎的隧道结的特点是通过传输测量，然后准备通过聚焦离子束的透射电子显微镜和能量色散X射线光谱。与我们以前的模型的电击穿较厚的MgO隧道势垒的比较，揭示了显着的差异所产生的高电流密度。
2009-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Voltage Controlled Spin-Orbit Torque Switching in W/CoFeB/MgO
磁和自旋电子学的电压控制一直是非常需要的，但很少实现。在这项工作中，我们显示电压控制的自旋轨道扭矩（SOT）开关在W/CoFeB/MgO薄膜与垂直磁各向异性（PMA）的电压管理通过SrTiO 3与高介电常数。我们发现，直流电压可以显着降低PMA的45%，减少开关电流的23%，并增加阻尼扭矩所揭示的第一和第二谐波测量。这些特性是电压控制和电压选择SOT开关自旋电子器件的先决条件。
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of the Spin Transfer Torque Switching Current Density on the Exchange Stiffness Constant
利用微磁学模拟研究了自旋转移矩磁隧道结结构中开关电流密度与交换刚度常数的关系。由于广泛接受的开关电流密度的解析表达式是基于宏观自旋模型，没有交换刚度常数的依赖。然而，当开关发生时，自旋组态形成C型、S型或复杂的畴结构。由于自旋组态是由形状各向异性和交换刚度常数决定的，因此开关电流密度对它们的变化非常敏感。这意味着通过控制交换刚度常数来优化开关电流密度有更大的空间，交换刚度常数由组成和详细的制造工艺决定。
2012-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Efficient conversion of orbital Hall current to spin current for spin-orbit torque switching
自旋霍尔效应（自旋电流的电生成）允许有效地控制磁化。最近的理论表明，轨道霍尔效应产生的轨道电流，可以远远大于自旋霍尔诱导的自旋电流。然而，轨道电流不能直接对铁磁体施加转矩，需要从轨道电流到自旋电流的转换过程。在这里，我们报告了两种有效的方法，通过自旋-轨道耦合工程，这使我们能够明确地证明轨道电流诱导的自旋力矩，或轨道霍尔力矩的转换。我们发现，轨道霍尔扭矩大大增强通过引入稀土铁磁体Gd或Pt界面层与Cr/铁磁体结构中的强自旋轨道耦合，表明在Cr中产生的轨道电流有效地转换成自旋电流中的Gd或Pt层。此外，我们发现，轨道霍尔力矩可以促进减少自旋轨道转矩为基础的自旋电子器件的垂直磁化的开关电流。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Switching of Perpendicular Magnetization by Spin-Orbit Torque
本文综述了通过自旋轨道力矩实现垂直磁化翻转的最新进展与挑战，涵盖自旋电流产生、翻转机制与策略、电流密度及材料选择，并总结了原型 SOT 存储与逻辑器件的进展。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Time resolved measurements of the switching trajectory of Pt/Co elements induced by spin-orbit torques
报道了在基于高分辨克尔显微镜的时间分辨频闪实验中，对垂直磁化Pt/Co元件自旋-轨道力矩诱导开关的实验观察.磁化动力学是通过注入亚纳秒电流脉冲到双层，同时施加静态面内偏置磁场。观察到在几十纳秒的时间尺度上的高度可再现的均匀切换。我们的研究结果可以得到证实，只有当包括一个类似场的扭矩项，以及由有限温度介导的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用时，使用微磁模型。
2017-04-21 cond-mat.mtrl-sci
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
Orbital torque switching of perpendicular magnetization in light metal/ferrimagnet bilayers
本文在轻金属/亚铁磁双层中演示了垂直磁化的轨道矩翻转，并通过调控Gd成分将力矩效率提高四倍，证明轻金属与稀土-过渡金属亚铁磁体可用于高效轨道电子学器件。
2024-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Spin-Orbit Torques and Magnetization Switching through Interface Engineering
自旋-轨道力矩的起源是由电荷-自旋电流的转换产生的，这一点有相当大的争议。深入理解其背后的物理过程是发展异质结中电流和电压控制开关动态特性的关键。最近观察到的场自由切换（Phys. 120，117703（2018））在Pt/W/CoFeB结构加剧了这样的争论。在这里，我们推导出一个公式来评估当电流流过异质结构时产生的垂直有效场，考虑到两个正常金属层之间的大电阻率差和在界面处产生的化学电势梯度。再加上最近的X射线光电子能谱学的研究结果在界面的Pd/CoFeB结构，我们得出结论，一个新的扭矩产生的场自由开关可能发挥关键作用。所提出的模型和机制与以前报道的自旋电流注入和场自由开关使用不同的界面工程方法。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Matching domain wall configuration and spin-orbit torques for very efficient domain-wall motion
在我们的数值研究中，我们确定了有效的磁畴壁运动的最佳条件的自旋-轨道扭矩源于自旋霍尔效应或Rashba效应。我们证明了这种效应主要取决于畴壁结构，电流注入方案和自旋轨道矩的对称性。最好的识别配置对应于Néel壁驱动的自旋霍尔效应在一个狭窄的带垂直磁各向异性。在这种情况下，畴壁速度可以是常规电流面内自旋转移力矩的10倍。
2012-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic domain wall motion driven by spin-orbit torques
本文从理论上研究了反铁磁/重金属双层膜中自旋轨道矩驱动下反铁磁畴壁的动力学行为。我们发现，自旋轨道扭矩驱动反铁磁畴壁比铁磁畴壁快得多。当畴壁速度接近最大自旋波群速度时，畴壁经历洛伦兹收缩并发射太赫兹频率范围内的自旋波。自旋轨道力矩和反铁磁畴壁的相对论动力学之间的相互作用导致反铁磁自旋织构的有效操纵，并为反铁磁体中高频信号的产生铺平了道路。
2016-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced magnetization switching using electrically-insulating spin-torque generator
通过自旋轨道矩（SOTs）实现的电流诱导磁化翻转是自旋轨道电子学的基本组成部分。SOT通常由重金属的自旋-轨道耦合引起。然而，即使在金属磁体被两个不同的绝缘体夹在中间的异质结构中，由于反转对称性的破坏，预计也会产生非零电流感应的SOT;电绝缘体可以是自旋扭矩发生器。在这里，我们展示了电流诱导的磁化切换使用绝缘体。我们发现，氧掺入到最广泛使用的自旋电子材料，铂，变成一个电绝缘发电机的SOTs的重金属，使电开关的垂直磁化铁磁夹在电绝缘氧化物。我们进一步发现，从Pt氧化物产生的SOT可以通过电压驱动的氧迁移进行电控制。这些发现为基于重金属氧化物固态开关的节能、电压可编程自旋轨道器件开辟了一条道路。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque magnetization switching in MoTe2/permalloy heterostructures
通过自旋-轨道感应转矩来切换磁性元件的能力最近吸引了很多关注，以实现具有低功耗的高性能非易失性存储器。实现有效的基于自旋-轨道的切换需要利用新材料和新物理来获得高的电荷-自旋转换效率，因此使得自旋源的选择至关重要。在这里，我们报告的观察自旋-轨道转矩开关的双层组成的半金属膜的1 T '-MoTe 2相邻坡莫合金。确定性开关实现没有外部磁场在室温下，和开关发生的电流的一个数量级小于那些典型的设备使用性能最好的重金属。如果除了体自旋霍尔效应之外还考虑界面自旋-轨道贡献，则可以理解厚度依赖性。进一步减少三倍的开关电流证明与诉诸哑铃形的磁性元件。这些发现预示了MoTe 2在低功率半金属材料自旋器件中的应用前景。
2020-06-30 cond-mat.mtrl-sci
