Dependence of spin torque diode voltage on applied field direction
从理论上推导了具有垂直磁化自由层和面内磁化钉扎层的磁性隧道结中使自旋力矩二极管电压最大的磁场方向的最佳条件。我们发现，二极管的电压为一个相对较小的外加电场时，最大化的投影时，所施加的电场的膜平面是平行或反平行的钉扎层的磁化。然而，通过增加施加的场大小，最佳施加的场方向从平行或反平行方向偏移。这些分析预测证实了数值模拟。
2013-08-06 cond-mat.mes-hall
Voltage-Driven Spin-Transfer Torque in a Magnetic Particle
我们讨论了自旋转移力矩器件，其中的软铁磁层的作用是由磁性粒子或磁性分子，在弱隧道接触两个自旋极化的铅。我们调查，如果粒子的磁化可以被电子操纵，在政权的磁化切换的临界电流是微不足道的弱，这可能是由于减少粒子尺寸。利用主方程模拟来评估自旋-轨道各向异性能量涨落对自旋转移的影响，我们获得了这种磁性粒子磁化状态的可靠读写，并发现该器件依赖于临界电压而不是临界电流。临界电压由粒子中离散能级的自旋轨道能移决定。这一发现开启了一种可能性，通过使用非常小的磁性粒子或分子，可以显著降低自旋转移扭矩切换中涉及的功耗。
2015-10-16 cond-mat.mes-hall
Nonresonant amplification of coherent spin waves through voltage-induced interface magnetoelectric effect and spin-transfer torque
我们提出了一种新的机制，通过使用动态电荷介导的磁电效应的自旋波振幅的操纵由铁磁双层分离的电介质薄膜电容器组成的多层膜。振荡自旋波可以被放大和衰减的上升和下降的斜率的振荡电压，分别局部施加到样品。产生自旋累积的方式使得自旋转移力矩与磁化动力学的相互作用具有模式选择性并且被限制到自旋波频率的某个范围，这与已知类型的自旋转移力矩效应相反。自旋相关屏蔽的界面性质允许将固定磁化层的厚度减少到几纳米，因此所提出的效应显着有助于磁振子器件的实现以及自旋电子器件的小型化。
2020-01-21 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
Analytical expression for the harmonic Hall voltages in evaluating spin orbit torques
对电流感应转矩的深入理解是发展双磁性异质结构中电流和电压控制磁化动力学的关键。需要一种通用的技术来评估各种系统中的这种扭矩。在这里，我们检查绝热（低频）谐波霍尔电压测量，最近已经发展到研究电流感生的有效场，起源于自旋轨道效应。我们解析推导出一种形式，可用于评估谐波霍尔电压，并提取相关参数在两个代表性的系统，即出平面和在平面磁化系统。考虑了反常霍尔效应和平面霍尔效应的贡献。
2013-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of the magnetic material on tunneling magnetoresistance and spin-transfer torque in tunnel junctions: Ab initio studies
用从头算方法研究了FeCo/MgO/FeCo隧道结的隧穿磁电阻和自旋转移矩随Co掺杂浓度和偏压的变化关系。我们发现，隧道磁电阻随Co浓度与以前的计算相矛盾，但与最近的实验一致。这种依赖性从合金的体性能解释。通过使用合金中的无序的现实描述，我们可以表明，即使是少量的无序导致隧道磁阻急剧下降。这为计算值和测量值之间的差异提供了定量解释。的自旋转移力矩示出了一个线性的电压依赖性的面内组件和二次的面外组件的所有浓度在小的偏置电压。特别地，面内扭矩的线性斜率与浓度无关。对于高偏置电压的面内扭矩显示出很强的非线性偏离的线性斜率高钴浓度。这是解释从相同的效果，其中管理隧道磁阻。
2013-06-27 cond-mat.mes-hall
Anatomy of electrical signals and dc-voltage lineshape in spin torque ferromagnetic resonance
自旋矩铁磁共振（st-FMR）电探测法是目前测量重金属自旋霍尔角的一种常用方法。然而，在相同或不同的实验装置上对相同材料进行的各种合理分析产生了不同的自旋霍尔角，差异很大，表明我们目前对st-FMR的理解中缺少一些成分。在这里，我们进行了仔细的分析，在HM/铁磁体（HM/FM）双层膜的任意磁各向异性的ST-FMR的电信号。FM磁化由两个射频（rf）力驱动：由施加的rf电流产生的rf奥斯特场和由于自旋霍尔效应而从HM垂直流动到FM的自旋电流产生的所谓的rf自旋轨道扭矩。本文利用磁性材料动态磁化率矩阵的普遍形式，分析了各向异性磁电阻、反常霍尔效应和逆自旋霍尔效应产生的电信号，得到了磁电阻附近的直流电压线型。直流电压的角度依赖性给出了两个设置。提出了一种实验提取HM自旋霍尔角的方法。
2018-11-02 cond-mat.mes-hall
Comments on the formula to extract current-induced torques from the harmonic Hall voltage measurements
The University of Tokyo（东京大学）；Research Institute of Electrical Communication (RIEC), Tohoku University（东北大学电气通信研究所）；Trans-Scale Quantum Science Institute (TSQS), The University of Tokyo（东京大学跨尺度量子科学研究所）
本文针对谐波霍尔电压测量中提取电流诱导扭矩的公式分歧问题，澄清了因子二的来源并提出了正确形式的拟合公式。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage Asymmetry of Spin-Transfer Torques
我们提出了一个基于非平衡格林函数的自旋力矩转移（STT）器件模型，该模型使用一组三个可调参数，在一定的偏置电压范围内与实验测量的（1）微分电阻，（2）磁阻（MR），（3）面内力矩和（4）面外力矩定量一致。我们相信这是第一个理论模型，能够涵盖这种不同的实验范围，我们的模型的一个关键方面是包括多个横模。我们还提供了一个简单的解释的非对称偏置依赖的面内扭矩，基于极化的两个接触的能量范围内的运输。
2009-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-Induced Ferromagnetic Resonance in Magnetic Tunnel Junctions
我们证明了在CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）中，压控磁各向异性（VCMA）和自旋转移矩（ST）的共同作用激发了铁磁共振.我们的测量结果表明，GHz频率VCMA扭矩和ST在低电阻MTJ具有相似的幅度，因此，这两个扭矩是同样重要的理解高频电压驱动的磁化动态MTJ。作为一个例子，我们表明VCMA可以将基于MTJ的微波信号检测器的灵敏度提高到半导体肖特基二极管的灵敏度水平。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall
Quantitative characterization of the spin orbit torque using harmonic Hall voltage measurements
对电流感应转矩的深入理解是发展双磁性异质结构中电流和电压控制磁化动力学的关键。为了估计这种力矩或有效磁场的大小和方向，已经采用了许多方法。在这里，我们研究绝热（低频）谐波霍尔电压测量，已被用来研究有效字段。我们推导出一个解析公式的谐波霍尔电压，以评估的有效字段为面外和面内磁化系统。该公式与基于宏观自旋模型的数值计算结果一致。利用该公式对两种不同的面内磁化膜Pt |CoFeB| MgO和CuIr |CoFeB| MgO进行了研究。后一个系统获得的有效字段显示出相对较好的协议，估计使用自旋扭矩切换相图测量先前报道。我们的研究结果说明了通用的适用性谐波霍尔电压测量研究电流感应转矩的磁性异质结构。
2013-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Macrospin model of incubation delay due to the field-like spin transfer torque
我们表明，在磁隧道结中没有预开关振荡（“孵化延迟”）可以解释内的宏观自旋模型由一个相当大的类场分量的自旋转移力矩。它进一步建议，在外部易轴磁场的存在下，隧道结开关时间的电压依赖性的测量可以用来确定的大小和电压依赖性的类场转矩。
2008-10-19 cond-mat.mes-hall
Inductive determination of the optimum tunnel barrier thickness in magnetic tunnelling junction stacks for spin torque memory applications
我们使用脉冲感应微波磁强计研究旋进磁化动力学的CoFeB/MgO/CoFeB为基础的磁性隧道结堆栈与不同的MgO势垒厚度的自由层。从进动频率的场依赖性，我们能够推导出单轴各向异性能量和自由层和钉扎层之间的交换耦合。此外，场的依赖性的有效阻尼参数的推导。在一定的阈值势垒厚度以下，我们观察到自由层和钉扎层的反平行取向的有效阻尼增加，这将抑制可逆的低电流密度自旋扭矩磁化反转。这种感应测量，结合基于晶片探针台的磁输运实验，允许快速确定用于无光刻工艺中的自旋扭矩存储器应用的最佳隧道势垒厚度范围。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall
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
Magnetic fingerprint in a ferromagnetic wire: Spin torque diode effect and induction of the DC voltage spectrum inherent in the wire under application for RF current
研究了单层铁磁导线上的磁畴壁对恒定波射频电流的整流效应。直流（DC）电压由自旋扭矩二极管效应产生，自旋扭矩二极管效应是由于由自旋极化RF电流诱导的共振自旋波激发引起的磁阻振荡的结果。DC电压谱强烈地依赖于DW中的内部自旋结构，其对应于铁磁线中的自旋结构的磁指纹。
2007-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Effects on Damping Determination of Perpendicular MRAM Devices by Spin-Torque Ferromagnetic Resonance
本文利用自旋力矩铁磁共振测量垂直 MRAM 单元的器件级阻尼，发现热扰动会增强小于约 55 nm 单元的表观阻尼，且器件图形化导致的边缘损伤使器件级阻尼高于薄膜级阻尼并随单元尺寸减小而增加。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall
Transverse and Longitudinal Spin-Torque Ferromagnetic Resonance for Improved Measurements of Spin-Orbit Torques
自旋矩铁磁共振（ST-FMR）是测量重金属/铁磁体双层结构中自旋轨道矩（SOT）的常用方法。在测量过程中，诸如自旋泵浦（SP）和加热的其他谐振过程可以在层之间引起自旋电流或热流，经由逆自旋霍尔效应（ISHE）和能斯特效应（NE）感应附加的谐振电压信号。在标准ST-FMR几何结构中，这些额外伪影表现出与面内磁场的角度相关，面内磁场与来自SOT的整流信号相同。我们通过实验表明，整流和伪影电压可以通过测量横向于所施加电流的ST-FMR信号（即，在霍尔几何形状中）。我们发现，在Pt（6 nm）/CoFeB样品的贡献，从文物是小相比，SOT整流信号CoFeB层薄于6 nm，但可以是显着的较厚的磁性层。我们观察到的伪影电压作为CoFeB厚度的函数，我们建议可能是由于谐振加热效应和SP/ISHE贡献之间的竞争的符号变化。
2020-07-06 cond-mat.mes-hall
Interplay of voltage control of magnetic anisotropy, spin transfer torque, and heat in the spin-orbit torque switching in three-terminal magnetic tunnel junctions
我们使用三端磁性隧道结（MTJ）设计的无场开关的自旋轨道转矩（SOTs），系统地研究了双电压脉冲对开关性能的影响。我们表明，SOT脉冲和MTJ偏置脉冲的并发动作允许降低临界开关能量低于典型的自旋转移扭矩的水平，同时保持在亚ns时间尺度上切换MTJ的能力。通过执行直流和实时电气测量，我们歧视和量化的MTJ偏置所产生的三个影响：电压控制的垂直磁各向异性，电流感应加热，和自旋转移扭矩的变化。实验结果得到了微磁学模型的支持。我们观察到，取决于脉冲持续时间和MTJ直径，不同的效果带头协助SOTs在磁化反转过程中。最后，我们提出了一个紧凑的模型，允许评估的影响，由于MTJ偏置的关键开关参数的每个效果。我们的研究结果提供了输入，以优化开关的三端设备作为时间，尺寸和材料参数的函数。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Steering of the Skyrmion Hall Angle By Gate Voltage
磁skyrmion可以通过施加自旋极化电子流来驱动，该自旋极化电子流对构成skyrmion的局部自旋施加自旋转移力矩。然而，纵向动力学的困扰由skyrmion霍尔效应，导致skyrmion获得横向速度分量。我们展示了如何使用自旋-轨道相互作用来控制Skyrmion霍尔角，以及自旋转移和自旋-轨道力矩的相互作用如何导致横向运动的完全抑制。由于自旋-轨道转矩可以通过栅极电压全电子地控制，因此可以在宽跑道上以高速全电子地操纵skyrmion运动，并且可以实现概念上新的写入和选通操作。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall
Time Domain Mapping of Spin Torque Oscillator Effective Energy
自旋力矩振子（STO）的随机动力学可以用Fokker-Planck方程给出的与电流相关的有效能面上的磁化漂移和扩散来描述。在这里，我们提出了一种方法，通过时间分辨测量STO产生的微波电压直接探测这个有效的能量表面。我们表明，有效能量的方法提供了一个简单的配方预测谱线宽度和线的形状附近的生成阈值。我们的时域技术也准确地测量在很宽的电压偏置值范围内的自旋力矩的类场分量。
2013-02-18 cond-mat.mes-hall
Spin Transfer Torque in Fully Insulating Magnetic Tunnel Junctions
本文从理论上研究了由磁绝缘电极构成的磁隧道结中电压驱动的自旋转移矩。与包括过渡金属铁磁体的常规磁性隧道结相比，自旋转移力矩呈现非常规的偏置依赖性，这与自旋依赖的Fowler-Nordheim隧穿过程的存在有关。特别地，我们发现（i）面外转矩通常主导面内转矩，（ii）面外转矩和面内转矩在低偏压下分别是对称的和不对称的，以及（iii）在大偏压下这两个转矩都显示出显著的增强。材料的考虑进行了讨论，我们表明，由于预期在磁性绝缘体中的低阻尼参数的自旋转移力矩可以在这样的系统中实验观察到。
2012-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Currents, Torques, and Polarization Factors in Magnetic Tunnel Junctions
应用Barthel的隧穿理论的磁性隧道结具有一般程度的原子无序揭示了磁传导和电压驱动的赝扭矩之间的密切关系，以及隧道极化因子的厚度依赖性。结果表明：1）在恒定的外加电压下，转矩一般随sin θ变化。2)只要极化因子定义明确，每个力矩上的电压驱动扭矩与另一个磁体的极化因子唯一成比例。3)在有限的施加电压，这种关系预测显着的电压不对称的扭矩。对于电压的一个符号，即使当磁导大大减小时，转矩仍然很大。4)一个广泛定义的结模型，称为理想中间，允许在磁体和F/I界面区域内的原子无序。在这个模型中，自旋的状态加权因子的总和成比例的一般状态指数内（例如真空）的障碍内评估的依赖性概括了本地的隧道极化因子在以前的理论的状态密度。5)对于小的外加电压，隧道极化因子保持合法的理想中间的厚度的倒数的第一顺序。用新定义的横向自相关尺度给出了极化因子的一阶修正量的代数公式。
2004-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence for thermal spin transfer torque
在位于Cu纳米线中间的Co/Cu/Co自旋阀中获得了大的热流。二次谐波电压对外加电流的响应被用来研究热流对自旋阀开关的影响。开关场和电压响应的幅度被发现是依赖于热电流。这些影响是一个热自旋转移扭矩作用于磁化的证据，并占了热，电荷和自旋电流的热力学模型中的Onsager互易关系。
2010-04-12 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
Theory of the spin-torque-driven ferromagnetic resonance in a ferromagnet/normal-metal/ferromagnet structure
我们提出了一个理论分析的电流驱动的铁磁共振在铁磁/正常金属/铁磁三层。这种驱动铁磁共振的方法最近由Tulapurkar等人[Nature 438，339（2005）]和Sankey等人[Phys.Rev.Lett.2005]实验实现。96，227601（2006）]。旋进磁化对用于驱动铁磁共振的交流电进行整流，并导致产生直流电压。我们的分析表明，产生直流电压的第二种机制，由旋进磁化发射的自旋电流的整流，对实验中使用的薄铁磁膜的直流电压具有近似相等的大小的贡献。
2006-11-20 cond-mat.mes-hall
Electrically driven spin torque and dynamical Dzyaloshinskii-Moriya interaction in magnetic bilayer systems
用电的方法有效地控制磁性是当前自旋电子学研究的一个中心问题，这为设计集成自旋电子器件提供了机会。然而，最近的研究方法大多是基于电流注入，它们不可避免地伴随着相当大的能量损失，通过焦耳加热。在这里，我们从理论上提出了一种方法来施加自旋力矩到磁性双层系统的应用电压通过利用Rashba自旋轨道相互作用。转矩类似于众所周知的电流感应转矩，提供类似的磁性可控性，但没有焦耳加热能量损失。扭矩也被证明是作为一个界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，使我们能够激活和创造非共线磁性像skyrmions通过电压的应用。我们的建议提供了一个有效的技术来操纵自旋电子器件的磁化没有焦耳加热能量损失。
2019-07-02 cond-mat.mes-hall
Spin-Orbit Torque and Nernst Effect in Bi-Sb/Co Heterostructures
本文介绍了Bi-Sb/Co双层膜纵向和横向电压的谐波测量。由于普通的能斯特效应，观察到一个大的二次谐波电压信号。在磁场沿薄膜平面旋转的实验中，普通能斯特效应在横向电压和纵向电压中分别表现出与阻尼类自旋轨道矩和单向自旋霍尔磁阻相同的角度依赖性。因此，普通的能斯特效应在自旋轨道力矩测量中可能是一个虚假信号，导致拓扑绝缘体或半金属中自旋霍尔角的高估。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage-Gate Assisted Spin-Orbit Torque Magnetic Random Access Memory for High-Density and Low-Power Embedded Application
电压门辅助自旋-轨道力矩（VGSOT）写入方案结合了磁各向异性（VCMA）的电压控制和自旋-轨道力矩（SOT）效应的优点，使得磁性随机存取存储器（MRAM）应用具有多种益处。在这项工作中，我们给出了一个完整的描述垂直磁隧道结（pMTJ）器件的VGSOT写入性能，我们提出了一个详细的方法，其电气特性。使用低至400 ps的电脉冲的SOT开关特性上的栅极辅助的影响进行了研究。发现从电流开关方案中提取的VCMA系数（ξ）与从磁场开关方法中提取的VCMA系数（ξ）相同，对于80 nm至150 nm器件，其数量级为15 fJ/Vm。此外，从纯电子VCMA效应的预期，显示出的写入速度和栅极长度无关。我们观察到，SOT的开关电流特性与栅极电压（V_g）的线性修改，类似的磁性能。我们将这种线性行为解释为垂直磁各向异性（PMA）和由VCMA诱导的成核能的直接修改。在Vg = 1V时，SOT写入电流降低了25%，对应于本研究中使用的80 nm器件在400 ps速度下的总能量降低了45%，降至30 fJ/bit。此外，提出了设备缩放标准，我们发现，VGSOT计划是非常感兴趣的，因为它可以减轻复杂的材料要求，实现高SOT和VCMA参数缩放MTJ。最后，VGSOT-MRAM如何能够实现接近双端子几何形状的高密度阵列，具有高速性能和低功耗操作，显示出嵌入式存储器以及先进技术节点的存储器内计算应用的巨大潜力。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall
Sustained RF oscillations from thermally induced spin-transfer torque
我们调查的角度依赖性的自旋力矩时，施加跨自旋阀的温度差。我们的研究表明，存在一个非平凡的固定点，在这个角度的依赖性，即温度梯度的可能性，以稳定射频振荡，而不需要一个外部磁场。这种所谓的“波浪”行为已经可以在跨自旋阀施加电压差时发现，但是我们发现这种效果在温度差的情况下更加明显。我们的半经典理论的参数化与实验测量的参数，并允许一个预测的扭矩具有良好的精度的幅度。虽然热自旋扭矩的性质是不太有效的比它的电压对应，我们发现，在某些几何形状，温度差低至几度应该足以触发磁化的切换。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall
Influence of the Hall-bar geometry on harmonic Hall voltage measurements of spin-orbit torques
谐波霍尔电压测量是一种广泛应用于测量重金属/铁磁体异质结构中自旋轨道感应有效场的定量技术。在霍尔条中的电压拾取线附近，电流是不均匀的，这导致有效场和导出量（例如自旋霍尔角或自旋霍尔电导率）的迄今未量化的减小。在这里，我们提出了一个彻底的分析的影响的电压拾取线的纵横比上的表观自旋霍尔角电流沟道宽度。实验进行了霍尔酒吧与宽范围的纵横比和一个显着减少的自旋霍尔角已经看到在霍尔十字与纵横比为1：1。我们的实验结果证实了有限元模拟的电流。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Random Bitstream Generation using Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy and Spin Orbit Torque Magnetic Tunnel Junctions
使用随机数生成器（RNG）的概率计算可以利用纳米器件的固有随机性来获得系统级的好处。磁性隧道结（MTJ）由于其热驱动磁化动力学而被研究为RNG，通常使用自旋转移矩（STT）电流幅度来控制MTJ自由层磁化的随机切换，这里称为随机写入方法。MTJ-RNG的控制方法还有压控磁各向异性（VCMA）和自旋轨道力矩（SOT）等，需要对这些方法进行系统的研究和比较。我们建立了一个分析模型的MTJ来表征使用VCMA和SOT产生随机比特流。结果表明，这两种方法产生高质量，均匀分布的比特流。使用STT电流或所施加的磁场偏置比特流示出了对于VCMA和SOT两者的近似S形分布与偏置幅度的关系，相比之下，对于相同条件的随机写入的S形较小。每个样本的能量消耗计算为0.1 pJ（SOT），1 pJ（随机写入），和20 pJ（VCMA），揭示了使用SOT的潜在能源效益，并显示使用VCMA可能需要更高的阻尼材料。然后将生成的比特流应用于两个示例任务：使用隐相关伯努利硬币方法生成任意概率分布，以及使用MTJ-RNG作为随机神经元在玻尔兹曼机中执行模拟退火，其中VCMA和SOT方法都显示出以小延迟和低能量有效地最小化系统能量的能力。这些结果显示了MTJ作为真正的RNG的灵活性，并阐明了用于优化应用的器件操作的设计参数。
2022-11-29 cond-mat.mes-hall
Critical Tunneling Currents in Quantum Hall Superfluids: Pseudospin-Transfer Torque Theory
在总填充因子$ν=1$下，量子霍尔双层膜可以具有有序的基态，并具有自发的层间相位相干性.有序状态的实验信号显着增强层间隧道电导在低偏置电压，在较大的偏置电压层间电流是类似的无序状态。我们将这种行为的变化与临界电流的存在，超过该临界电流，静态层间相位差不能被维持，并检查样品的几何形状，相位刚度，和相干隧穿能量密度的依赖性，这个临界电流。我们的分析部分是基于金属铁磁体中的相干双层行为和自旋转移矩物理之间的类比。与最近的实验比较表明，无序可以显着抑制临界电流。
2010-01-18 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
Spin transfer torque induced paramagnetic resonance
我们展示了如何由交流电压产生的自旋转移力矩可以用来激发沉积在金属表面上的原子自旋的顺磁共振。这种机制与原子的环境无关，可以解释鲍曼$\textit{et al.}$ [ $\href{http://dx.doi.org/10.1126/science.aac8703}{Science \textbf{350}, 417 (2015)}$ ]报道的顺磁共振的普遍存在。电流和自旋动力学建模的时间依赖性的Redfield主方程广义占周期性驱动电压。我们的方法表明，共振效应是一个后果的非线性之间的耦合的磁矩和自旋极化电流产生一个大的二次谐波振幅，可以测量的电流信号。
2019-03-04 cond-mat.mes-hall
Current-driven ferromagnetic resonance, mechanical torques and rotary motion in magnetic nanostructures
我们从理论上研究的检测和可能利用电流引起的机械扭矩的铁磁正常的金属异质结所产生的自旋翻转散射或吸收的横向自旋电流的铁磁。为此，我们分析了由交流电流驱动的自旋阀的直流电压信号。与最近的研究一致，这种“整流”，作为交流频率和施加的磁场的函数测量，包含关于静磁学和-动力学的重要信息。随后，我们表明，自旋转移到晶格激发的振动可以检测到的DC电压共振分裂。最后，我们提出了一个自旋转移驱动的电纳米管的概念的基础上集成金属纳米线与碳纳米管，其中的电流感应扭矩产生旋转运动。
2010-01-01 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque opposing the Oersted torque in ultrathin Co/Pt bilayers
采用电驱动铁磁共振技术研究了Co_2Co/Pt双层膜中的电流感生转矩。的角度依赖的共振，检测整流效应作为电压，进行了分析，以确定的对称性和相对大小的自旋轨道扭矩。观察到反阻尼（Slonczewski）和类场转矩。随着铁磁体厚度从3 nm减小到1 nm，类场转矩的符号反转。这一观察结果与超薄双层中Rashba自旋轨道力矩的出现是一致的。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall
Evidence of orbital Hall current induced correlation in second harmonic response of longitudinal and transverse voltage in light metal-ferromagnet bilayers
本研究通过二次谐波测量，在轻金属（Ti/Nb）与铁磁体（Ni/NiFe）双层结构中证实了轨道霍尔效应产生的轨道电流，并发现LM/Ni双层结构具有增强的阻尼类扭矩和单向磁电阻，表明轨道-自旋转换在Ni中发生并转移至铁磁层，且双层结构对轨道电流产生至关重要。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall
Ultra-fast wide band spectrum analyzer based on a rapidly tuned spin-torque nano-oscillator
提出了一种超快宽带微波谱分析的自旋电子学方法。它使用快速调谐的自旋扭矩纳米振荡器（STNO），并且不需要注入锁定。该方法将产生微波信号的STNO视为具有振荡电阻的元件。当一个外部信号被施加到这个“电阻”进行分析时，它与STNO产生的信号混合。所得到的混合电压包含“和”和“频和”频差，当外部频率与STNO产生的频率匹配时，后者产生DC分量。使用低通滤波器处理混合电压以排除“和”频率分量，并且使用匹配滤波器处理混合电压以排除所得DC电压对两个信号之间的相位差的依赖性。分析和数值模拟表明，该频谱分析仪在10~GHz的实时扫描带宽内具有理论极限的频率分辨率，频率扫描速率大于1~GHz/ns，同时对低至Johnson-Nyquist热噪声本底的信号功率保持敏感。
2018-06-13 cond-mat.mes-hall
Spin transfer torques in nonlocal lateral spin valve
本文对具有非共线磁位形的非局域横向自旋阀中的自旋和电子输运进行了理论研究。非局部磁阻，定义为在注入电流的检测引线上的电压差，推导出解析。计算了探测引线上的自旋转移力矩。结果表明，平行和反平行磁结构的自旋转移矩是对称的，这与传统的三明治自旋阀不同。
2008-06-16 cond-mat.mes-hall
Voltage Controlled Magnetic Anisotropy Based Low Energy Switching of a Ferromagnet on a Topological Insulator
我们提出了一种新的存储器件，它包括一个薄的铁磁层的Fe沉积在拓扑绝缘体薄膜，Bi 2 Se 3。铁磁层具有垂直各向异性，这是由于MgO沉积在Fe的顶面上。当电流在Bi2Se3的表面上通过时，Bi2Se3的表面变为自旋极化，并且在铁磁体中的d电子与在Bi2Se3的表面上传导电流的电子之间发生强交换相互作用。部分电流通过铁磁体分流，这在铁磁体中产生自旋转移力矩。自旋转移力矩和交换相互作用力矩与压控磁各向异性（VCMA）的组合允许铁磁体的超低能量切换。我们进行微磁模拟和预测的顺序为2.5 ns的开关时间和开关能量的顺序为0.45fJ的铁磁位与43kBT的热稳定性。拓扑绝缘体上的垂直各向异性铁磁体的这种超低能量和高速VCM诱导的切换可以用于能量高效的存储器设计。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall
Impact of current paths on measurement of tunneling magnetoresistance and spin torque critical current densities in GaMnAs-based magnetic tunnel junctions
GaMnAs基磁性隧道结（MTJ）器件在低温下具有面内和面间磁输运特性。沿面输运揭示了典型的隧穿磁输运（TMR）信号。有趣的是，在面内传输信号中观察到类似的TMR签名。这里，MTJ通过顶部接触的低欧姆分流导致显著的横向到平面电流路径。这种效应允许基于简化的面内测量来确定MTJ的TMR比。然而，相同的效果可能导致从MTJ柱结构上的纵向到平面磁输运实验中不准确地确定电阻面积乘积和自旋扭矩临界电流密度。
2012-09-24 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
Determination of spin-orbit torque efficiencies in heterostructures with in-plane magnetic anisotropy
研究表明，重过渡金属的自旋霍尔效应可以产生足够的自旋-轨道矩，并进一步在相邻的铁磁层中产生电流感生磁化翻转。然而，如果铁磁层具有面内磁各向异性，则探测这种切换现象通常依赖于纳米尺寸的磁性隧道结的隧穿磁阻测量、差分平面霍尔电压测量或克尔成像方法。我们发现，在磁性异质结与自旋霍尔金属，存在电流诱导的面内自旋霍尔有效场和单向磁电阻，将修改其各向异性磁电阻行为。我们还表明，通过分析在这种影响下的各向异性磁电阻的响应，可以直接和电探针的自旋轨道转矩驱动的磁化切换，即使在微米尺寸的设备。这种泵浦-探测方法允许从自旋-轨道扭矩切换事件中有效和直接地确定关键参数，而无需冗长的器件制造过程。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase estimation of spin-torque oscillator by nonlinear spin-torque diode effect
对非线性区自旋矩二极管效应进行了理论分析。本文导出了自旋力矩振荡器整流交流电产生二极管电压的解析解。二极管电压被揭示为非线性地依赖于振荡器和交流电流之间的相位差。通过对Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟，证实了解析预测的正确性.结果表明，自旋力矩二极管效应可以用来估计自旋力矩振子在强迫同步状态下的相位。
2020-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other nlin.AO
Magnetoelectric torque and edge currents in spin-orbit coupled graphene nanoribbons
对于具有Rashba自旋轨道耦合的石墨烯纳米带，在紧束缚模型中分析了由于磁化和几何约束的存在而引起的奇特的磁响应。我们观察到一个相当大的横向磁化率，可以被认为是门电压引起的磁电扭矩，而不需要一个偏置电压，锯齿形和扶手椅带不同的方向。局部转矩在两个边缘之间和/或沿着带产生非共线自旋极化，并且如果磁化是均匀的，则净转矩平均为零。然而，非零净扭矩可以出现在部分磁化的纳米带或不规则形状的纳米片中。在纳米带中也出现了由自旋轨道耦合产生的平衡自旋电流，但在约束方向上流动的分量被强烈抑制。即使没有磁化，也会产生面外极化手征边缘自旋电流，类似于量子自旋霍尔效应。此外，垂直于边缘指向的磁化产生边缘电荷电流的层流，其流动方向在两个边缘之间是对称的（非手性的）还是反对称的（手性的）取决于磁化指向平面内还是平面外。
2021-03-12 cond-mat.mes-hall
Thermal Relaxation Rates of Magnetic Nanoparticles in the Presence of Magnetic Fields and Spin-Transfer Effects
我们已经测量了一个热不稳定的铁磁纳米粒子纳入磁性隧道结（MTJ）的弛豫时间作为施加的磁场，电压V（-0.38 V < V < +0.26 V），和温度（283 K< T< 363 K）的函数。通过分析一个修改后的Néel-Brown形式主义的框架内的结果，我们确定的纳米粒子的有效尝试时间，也在平面和平面外的自旋扭矩的偏置依赖性。由于面内扭矩和与电压成二次关系的“类场”扭矩的显著贡献，有效温度与电压存在显著的线性修改。这里提出的方法不需要复杂的器件加热或校准程序模型，而是直接测量温度、场和电压如何影响双态系统的能量分布和热波动。这些结果对未来纳米级磁性随机存取存储器元件的设计具有重要意义，并提供了一种简单的方法来确定其他MTJ器件结构中的这些参数。
2011-07-25 cond-mat.mes-hall
Adiabatic quantum pumping, magnification effects and quantum size effects of spin-torque in magnetic tunnel junctions
利用散射矩阵方法研究了磁性隧道结中的绝热量子抽运和自旋矩的量子尺寸效应。量子尺寸效应预测在直流偏置的存在下，作为插入两个磁性层之间的正常金属层的厚度和固定的磁性层的函数。在交流电压存在下，自旋矩的结果显示出一种特殊的放大效应，并讨论了自旋矩泵在实际器件中的优点。
2010-10-03 cond-mat.mes-hall
Pseudospin Transfer Torques in Semiconductor Electron Bilayers
利用自洽量子输运理论研究了无外磁场作用下半导体电子双层膜中电子-电子相互作用对层间输运的影响。我们的结论是，即使自发的赝自旋秩序不会发生在零场，相互作用增强的准粒子隧穿振幅和赝自旋转移力矩改变隧穿I-V特性，并可能导致随时间变化的直流偏置电压的响应。
2012-01-27 cond-mat.mes-hall
Valley-dependent spin-orbit torques in two dimensional hexagonal crystals
本文研究了石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯等二维六方晶体的自旋轨道矩。该力矩具有两个分量，一个是由反自旋电流效应引起的类场项，另一个是由混合自旋- $k$空间中的Berry曲率引起的反阻尼力矩。在交错位和交换场的存在下，谷简并可以解除，我们得到一个谷依赖的Berry曲率，导致一个可调的反阻尼力矩通过控制谷自由度。通过调节偏置电压或磁化角，可以使谷值不平衡度达到100%。这些发现为通过结构设计来发展电流驱动的自旋轨道力矩开辟了新的途径。
2015-09-27 cond-mat.mes-hall
Characterization of Spin-Transfer-Torque effect induced magnetization dynamics driven by short current pulses
我们提出了一个时间分辨的研究磁化动力学的微结构Cr $|$ Heusler $|$ Pt波导驱动的自旋霍尔效应和自旋转移力矩效应，通过短电流脉冲。特别是，我们专注于确定的阈值电流在自旋波阻尼补偿。我们已经开发了一种新的方法的基础上的时间演变的磁振子密度在开始时施加的电流脉冲的磁振子密度偏离热水平。由于该方法不依赖于信噪比，因此其允许阈值电流的鲁棒且可靠的确定，这对于基于自旋转移扭矩效应的任何未来应用的表征是重要的。
2017-11-27 cond-mat.mes-hall
Gate-dependent spin-torque in a nanoconductor-based spin-valve
本文讨论了自旋阀中的自旋力矩效应，自旋阀由两个铁磁引线通过一个相干的纳米导体（NC）连接，在限制条件下，一个单一的通道的NC位于附近的费米能量的引线。由于NC内部的量子干涉，自旋力矩相对于多通道无序自旋阀的情况呈现出明显的质的差异。特别地，它可以用NC栅极电压调制。原则上，这种调制可以通过实验观察到，假设自旋扭矩影响与NC直接接触的铁磁纳米畴。
2011-06-17 cond-mat.mes-hall
Low Power Microwave Signal Detection With a Spin-Torque Nano-Oscillator in the Active Self-Oscillating Regime
一种由斜坡偏置电流驱动的自旋力矩纳米振荡器（STNO）可以在宽频带内快速进行频谱分析。STNO频谱分析仪通过注入锁定到外部微波信号来工作，并产生对输入频谱进行时间编码的输出DC电压$V_{\rm dc}$。我们发现，通过数值分析与宏自旋近似，STNO能够扫描$10~\rm GHz$带宽小于$100~\rm ns$（扫描速率$R$超过$100~\rm MHz/ns$）。与传统的二次微波检测器相比，STNO分析仪的输出电压与输入微波信号$I_{\rm rf}$的幅度成比例，灵敏度为$S = dV_{\rm dc}/dI_{\rm rf} \approx 750~\rm mV/mA$。分析仪的最小可检测信号取决于扫描速率$R$，在低$R \approx 1~\rm MHz/ns$时，约为$1~\rm pW$。
2017-04-12 cond-mat.mes-hall
Interplay of spin-orbit torque and thermoelectric effects in ferromagnet/normal metal bilayers
我们提出了谐波横向电压测量的电流感应热电和自旋轨道扭矩（SOT）的影响，在铁磁/正常的金属双层，其中焦耳加热和SOT共存产生的热梯度，并产生交流横向信号具有可比的对称性和幅度。基于横向电阻的对称性和场依赖性，我们开发了一种一致的方法来分离热电和SOT测量。通过解决第一铁磁体/轻金属双层与可忽略的自旋-轨道耦合，我们表明，在平面内的电流注入诱导的垂直热梯度的符号和幅度是由电阻率的差异和堆叠顺序的磁性和磁性层。然后，我们研究铁磁/重金属双层膜与强自旋轨道耦合，表明二次谐波热电贡献的横向电压可能会导致一个显着高估的antidamping SOT。我们发现Ta（6 nm）/Co（2.5nm）双层膜的热电效应很强，而Pt（6 nm）/Co（2.5nm）双层膜的热电效应可以忽略不计。在横向电压分析中考虑这些效应后，我们发现这些双层中的反阻尼SOT在标准化到磁化体积后，与具有垂直磁化的较薄Co层中发现的SOT相当，而类场SOT大约小一个数量级。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall
