Ultrathin perpendicular free layers for lowering the switching current in STT-MRAM
在自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）单元中切换自由层（FL）的磁化所需的临界电流密度$J_{c0}$与阻尼参数、饱和磁化和自由层的厚度$αM_S t_F$的乘积成比例。传统的FL具有CoFeB/半导体间隔物/CoFeB的结构。通过减小间隔物厚度，在我们的情况下为W，并且还将单个W层分成两层亚单层厚度，我们已经减小了$t_F$，同时使$α$最小化并且使$M_S$最大化，最终导致较低的$J_{c0}$，同时保持高热稳定性。制造了器件直径在55-130 nm范围内的底部钉扎MRAM单元，对于最薄（1.2 nm）的FL，$J_{c0}$最低，对于65 nm器件，$^2$低至4 MA/cm，$\sim$比1.7 nm FL低$\sim$ 30%。的热稳定性因子$Δ_{\mathrm{dw}}$，高达150的最小的设备尺寸，确定使用畴壁反转模型从场切换概率测量。具有高$Δ_{\mathrm{dw}}$和最低$J_{c0}$时，最薄的FL具有最高的自旋转移扭矩效率。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
DSTT-MRAM: Differential Spin Hall MRAM for On-chip Memories
提出了一种新的基于自旋转移矩的磁随机存储器器件结构。我们的器件结构利用自旋霍尔效应来创建差分存储器单元，该差分存储器单元表现出快速且节能的写入操作。此外，由于固有的差分器件结构，可以执行快速和可靠的读取操作。我们的模拟研究显示，与标准1 T1 R STT-MRAM存储单元相比，写入能量提高了10倍，与单端感测（如标准1 T1 R STT-MRAM）相比，读取操作快了1.6倍。位单元特性对于高性能片上存储器应用是有希望的。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall
Immunity of nanoscale magnetic tunnel junctions to ionizing radiation
自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）是下一代存储器的有希望的候选者，因为它是非易失性的、快速的并且具有无限的耐久性。STT-MRAM的另一个重要方面是其核心组件，即纳米级磁性隧道结（MTJ），被认为是抗辐射的，这使其对空间和核技术应用具有吸引力。然而，高剂量电离辐射对STT-MRAM写入过程的影响的研究还很缺乏。在这里，我们报告测量高剂量的伽马和中子辐射对纳米级MTJ的影响与垂直磁各向异性STT-MRAM中使用。我们表征了辐照前后的隧穿磁电阻、磁场开关和电流感应开关。我们的研究结果表明，所有这些关键属性的纳米级MTJ相关的STT-MRAM应用是强大的电离辐射。此外，我们在伽马射线环境中进行热驱动随机开关的实验。这些结果表明，纳米级的MTJ是有前途的积木辐射硬非冯诺依曼计算。
2019-09-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Simulation of current-driven magnetisation switching in nanopillars with Perpendicular Shape Anisotropy
本研究针对小直径下MRAM热稳定性问题，通过微磁模型与自旋输运方程自洽耦合的模拟，发现三维形状引发的花态与更强的STT类场分量会激发高阶三维铁磁共振模式，为PSA-STT-MRAM优化提供依据。
2025-08-01 cond-mat.mes-hall
A Fokker-Planck Approach for Modeling the Stochastic Phenomena in Magnetic and Resistive Random Access Memory Devices
嵌入式非易失性存储器技术，如电阻式随机存取存储器（RRAM）和自旋转移矩磁性RAM（STT MRAM），正越来越多地被研究用于神经形态计算和人工智能硬件加速器。然而，这些存储器技术中的随机写入过程会影响它们的良率，并且需要与工艺变化一起进行研究，这大大增加了使用Monte Carlo方法进行良率分析的复杂性。因此，我们提出了一种基于Fokker-Planck方程的方法来模拟STT MRAM和RRAM器件中的随机写入过程。此外，我们表明，我们提出的方法可以重现STT-MRAM和RRAM设备的实验结果。
2021-10-23 cond-mat.mes-hall
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
Material developments and domain wall based nanosecond-scale switching process in perpendicularly magnetized STT-MRAM cells
我们调查吉尔伯特阻尼和垂直磁化的FeCoB基自由层嵌入隧道结足够的自旋力矩操作的存储器的磁化开关。研究了MgO / FeCoB /Ta系合金中硼含量对晶化退火后Gilbert阻尼的影响。将硼含量从20%增加到30%提高了结晶温度，从而推迟了自由层内元素扩散的开始。Ta原子的相互扩散的这种减少有助于将吉尔伯特阻尼保持在0.009的低水平，而对各向异性和磁输运性质没有任何损失，直到CMOS后端工艺中所需的400 $^\circ$ C退火。此外，我们表明，组成MgO/FeCoB/Ta/FeCoB/MgO的双MgO自由层具有比它们的MgO/FeCoB/Ta对应物低得多的阻尼，对于3 μ m厚的钽间隔物，达到低至0.0039的阻尼参数。这证实了阻尼的主要通道是FeCoB合金内Ta杂质的存在。在优化的隧道结上，我们研究了自旋转移矩引起的开关事件的持续时间。我们专注于在最佳的应用领域条件下的亚阈值热激活开关。从开关的电气签名，我们推断，一旦成核已经发生，反转进行的畴壁扫过的设备在几个10米/秒。设备越小，切换速度越快。我们提出了一个分析模型来解释我们的研究结果。对于比壁宽大得多的器件，畴壁速度与电流成线性比例。壁速度取决于布洛赫畴壁宽度，使得具有最低交换刚度的器件将是具有最慢迁移率的畴壁的器件。
2017-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cooperative STT and SOT switching in perpendicular magnetic tunnel junctions: Role of the pulse-end magnetization state
Nanjing University（南京大学）；Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）
本文针对SOT-MRAM传统开关易反向的问题，提出协同STT与SOT的无外场开关方案，通过模拟与解析模型揭示脉冲末端磁化状态是开关速度与可靠性的决定性因素。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Radio-frequency assisted switching in perpendicular magnetic tunnel junctions
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Western Digital Technologies（西部数据技术）
本文提出利用射频辅助提高垂直磁隧道结开关效率和耐久性的方法，通过优化RF与DC脉冲组合实现更高效的存储器写入。
2025-12-13 cond-mat.mes-hall
Unveiling temperature dependence mechanisms of perpendicular magnetic anisotropy at Fe/MgO interfaces
磁性过渡金属/氧化物界面处的垂直磁各向异性（PMA）是构建用于自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）的面外磁化磁性隧道结的关键要素。尺寸缩小使得磁性对热效应更敏感。因此，理解磁各向异性的温度依赖性是至关重要的。在这项工作中，我们从理论上解决了PMA的温度依赖性和典型的Fe/MgO基结构的磁化强度之间的相关性。特别是，背后的实验报告偏离Callen和Callen缩放幂律的可能机制进行了分析。在理想界面处，第一性原理计算揭示了（i）与一阶相比小的高阶各向异性常数和（ii）增强的交换常数。考虑到这两个内在的原子模拟的影响，总的和层分辨各向异性的温度依赖性被发现遵循Callen和Callen标度幂律，从而排除了内在的微观机制偏离这一法律。此外，两种可能的外在宏观机制，即死层的影响，往往存在于存储层的STT-MRAM单元，和界面磁各向异性的空间不均匀性。关于第一种机制，我们表明，死层的存在往往会降低标度指数。在第二种机制中，增加界面PMA中的不均匀性的百分比被揭示为降低标度指数。这些结果使我们能够解释的标度指数的差异有关的各向异性和磁化热变化在早期的实验报告。这对于理解STT-MRAM应用中存储层磁化的热稳定性是至关重要的。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of the resistance-area product dependence of spin transfer torque switching in perpendicular magnetic random access memory cells
本文报道了在具有可变电阻面积积（RA）的垂直磁性随机存取存储器（MRAM）单元中电流感应开关的实验研究。我们的研究结果表明，除了自旋转移矩（STT），电流诱导的自加热和电压控制的磁各向异性也有助于开关，并可以解释开关电流密度和STT效率的RA依赖性。我们的研究结果表明，热优化的垂直MRAM单元可以导致开关电流显着减少。
2019-05-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Magnetization alignment in spin-transfer-torque magnetic random-access memory
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；University of Vienna（维也纳大学）
研究垂直自旋转移扭矩磁随机存取存储器中合成反铁磁层磁化对齐的微磁学特性，通过实验参数分析30nm直径三层纳米柱的平衡态，并揭示不对称性对稳定反平行态的影响。
2026-05-09 cond-mat.mes-hall
Exploring the Role of Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Write Error Rate Anomalies of Spin-Transfer Torque Magnetic Tunnel Junctions
本研究通过微磁模拟探究界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）在STT-MRAM写错误率（WER）异常中的作用，发现DMI会促进非相干反转、延长开关时间并产生中间多畴态，导致类气球效应，指出界面工程可提升器件可靠性。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pulse Shaping to Mitigate the Impact of Device Imperfections in Field-Free Switching Using Combined Spin-Orbit and Spin-Transfer Torques
Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble-INP, SPINTEC（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔国立理工学院、自旋电子学中心）；Antaios（安泰奥斯）
通过脉冲整形策略减轻自旋转移矩引起的回跳和不对称性，降低写入错误率，提高无场切换的鲁棒性。
2026-04-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Distribution of write error rate of spin-transfer-torque magnetoreistive random access memory caused by a distribution of junction parameters
从理论上研究了自旋转移矩磁阻随机存储器（STT MRAM）的电阻面积积和各向异性常数的分布对写错误率的影响。假设WER远小于1，并且结参数服从正态分布，我们证明了WER服从对数正态分布。我们推导出的概率密度函数和统计措施的解析表达式。我们发现，WER的变化系数可以通过减小脉冲宽度来减小。我们还进行了数值模拟的基础上的Fokker-Planck方程，并确认的解析表达式的有效性。研究结果对设计可靠的STT MRAM具有一定的参考价值。
2022-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Off-axis electron holography for the direct visualization of perpendicular shape anisotropy in nano-scale 3D magnetic random-access-memory devices
本文提出从大规模阵列中转移单个STT-MRAM纳米柱并利用离轴电子全息术直接成像其三维磁构型，揭示了小于20 nm器件在原位加热下的热稳定性。
2022-04-21 cond-mat.mes-hall
Amplicification of Voltage Controlled Magnetic Anisotropy Effect with Negative Capacitance
自旋转移矩（STT）效应驱动的磁性隧道结（MTJ）开关所需的高电流密度导致大的功耗和严重的可靠性问题，因此阻碍了STT磁性随机存取存储器（STT-MRAM）进入大众市场的时间表。通过利用电压控制磁各向异性（VCMA）效应，MTJ可以通过电压效应进行开关，并被假定实现超低功率（fJ）。然而，在实验中测得的VCMA系数是太小的MTJ尺寸小于100 nm。本文提出了一种利用负电容放大VCMA效应的新方法。通过物理仿真和深入分析，证明了该方案的可行性。
2016-10-31 cond-mat.mes-hall
Giant perpendicular magnetic anisotropy enhancement in MgO-based magnetic tunnel junction by using Co/Fe composite layer
具有垂直各向异性的磁性隧道结形成自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）的基础，STT-MRAM是非易失性的、快速的、密集的，并且具有准无限写入耐久性和低功耗。基于密度泛函理论（DFT）计算，我们提出了一种磁性隧道结的替代设计，其包括具有大大增强的垂直磁各向异性（PMA）的Fe（n）Co（m）Fe（n）/MgO存储层，高达几mJ/m2，利用Fe/MgO的界面垂直各向异性以及应力-在bcc Co中发现了诱导的体PMA。当增加膜厚时，这种巨大的增强支配着退磁能。从Julliere模型估计的隧道磁电阻（TMR）是可比的纯Fe/MgO的情况。我们讨论的优点和缺陷的实际制造的结构，并提出了Fe（3 ML）Co（4 ML）Fe（3 ML）作为存储层的MgO基STT-MRAM单元。应变bcc Co中的大PMA被解释在布鲁诺模型的框架中由MgO施加的应变和随之而来的dyz和dz 2少数自旋带的能量变化。
2020-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Materials Requirements of High-Speed and Low-Power Spin-Orbit-Torque Magnetic Random-Access Memory
随着自旋轨道力矩磁性随机存取存储器（SOT-MRAM）作为下一代低功耗、高速片上高速缓存存储器的广泛应用，分析其与CMOS存取晶体管集成时实现亚ns和~fJ写入操作所需的磁性隧道结（MTJ）特性变得至关重要。在本文中，一个2 T-1 MTJ单元级建模框架的面内型Y SOT-MRAM表明，高自旋霍尔电导率和适度的SOT材料的方块电阻是首选。我们基准写能量和速度性能的Y型SOT电池的各种SOT材料的基础上，实验报道的文献中，包括重金属，拓扑绝缘体和半金属。然后，我们进行了详细的SOT材料Pt，β-W，BixSe（1-x）与不同的厚度和电阻率的基准。我们进一步讨论了如何扩展我们的2 T-1 MTJ模型来分析SOT-MRAM的其他变体，包括垂直（Z型）和X型SOT-MRAM，双端SOT-MRAM，以及自旋转移矩（STT）和电压控制磁各向异性（VCMA）辅助的SOT-MRAM。这一工作将为SOT-MRAM材料、器件和电路的研究提供重要的指导。
2020-05-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Intrinsic Picosecond Magnetic Switching Mechanism Assisted by an Electric Field in a Synthetic Antiferromagnetic Structure
磁隧道结（MTJ）中的磁开关机制是在亚纳秒范围内进行的，这限制了自旋转移矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）在超快区域的应用。在本文中，我们提出了一种新的皮秒磁开关机制的合成反铁磁（SAF）结构使用可调Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）的相互作用控制的外部电场（E-场）。结果表明，随着SAF结构中的RKKY相互作用的符号与外部电场的变化，临界开关电流密度可以显着降低一个数量级相比，正常的MTJ设计在100 ps，因此，这种新型的STT-MRAM可以写一个非常低的开关电流密度，以避免MTJ击穿的问题，并降低写入能量。为了理解这种异常现象的物理起源，提出了一个玩具模型，在该模型中，外部电场控制的SAF结构中的RKKY相互作用的符号变化提供了对总能量的额外贡献，帮助thespin克服能量障碍并打破游行切换机制。
2019-07-23 cond-mat.mes-hall
Field-free Magnetization Switching by Utilizing the Spin Hall Effect and Interlayer Exchange Coupling of Iridium
通过自旋霍尔效应的自旋轨道矩（SOT）的磁化切换代表了用于磁阻随机存取存储器（MRAM）的自旋转移矩（STT）的磁化切换的竞争性替代方案，因为其不需要高密度电流通过隧道结。然而，对于垂直MRAM，自由层的SOT驱动切换需要外部面内场，这对实际应用中的可行性造成限制。在这里，我们展示了无场磁化切换的垂直磁铁，通过利用铱（Ir）层。Ir层不仅通过自旋霍尔效应提供SOT，而且还诱导与面内磁性层的层间交换耦合，这消除了对外部场的需要。Ir层的这种双重功能允许将来构建用于存储器和逻辑应用的磁阻堆叠。实验观察表明，SOT驱动的无场磁化反转的特点是畴形核和扩展。进行微磁建模，以提供在面内交换耦合场的存在下的垂直磁化反转过程的深入理解。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of gate voltage on switching field of perpendicular magnetic tunnel junctions with a synthetic antiferromagnetic free layer
Interuniversity Microelectronics Center (IMEC)（微电子研究中心）；Katholieke Universiteit Leuven（鲁汶大学）；Universiteit Antwerpen（安特卫普大学）
研究通过微磁模拟和实验探讨门电压辅助场开关在具有合成反铁磁自由层的垂直磁隧道结中的影响，揭示了局部调制垂直磁各向异性对开关特性的影响，并分析了电压控制磁各向异性在高电阻-面积产品器件中的主导作用。
2026-04-01 cond-mat.mes-hall
Magnetization reversal driven by spin-transfer-torque in perpendicular shape anisotropy magnetic tunnel junctions
垂直形状各向异性自旋转移矩磁性随机存取存储器（PSA-STT-MRAM）的概念在于将存储层厚度增加到与单元直径相当的值，以在磁性存储层中引起垂直形状各向异性。利用该贡献，由于热稳定性因子$Δ$的增强，STT-MRAM的缩小尺寸可扩展性可以向亚20 nm技术节点扩展。虽然较大的存储层厚度改善了$Δ$，但是预期其会负面地影响写入电流和切换时间。因此，单元尺寸（直径、厚度）的优化对于获得足够高的$Δ$同时保持适度的写入电流是极其重要的。微磁模拟进行了不同的柱厚度的固定的横向尺寸为20 nm。的开关时间和反转机制进行了分析，作为施加的电压和存储层的纵横比（AR）的函数。对于AR $<$ 1，磁化反转类似于类宏自旋机制，而对于AR $>$ 1，观察到非相干反转，其特征在于在铁磁体/绝缘体界面处的横向畴壁的成核，然后沿着柱的垂直轴传播。进一步观察到，开关时间的倒数线性地依赖于所施加的电压。该研究扩展到20 nm以下的宽度，$Δ$的值约为80。据观察，所需的电压，以扭转的磁性层的横向尺寸减小，伴随着从宏观自旋反转的高纵横比的屈曲状反转的过渡。
2021-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque switching of magnetic tunnel junctions for memory application
自旋轨道力矩（SOT）提供了一个通用的工具来操纵不同类别的材料和设备的磁化使用电流，导致新的自旋电子存储器和计算方法。与作为领先的非易失性存储器技术出现的自旋转移力矩（STT）并行，SOT将电流感应磁开关的范围扩展到接近中央处理单元和非常规计算架构的时钟速度运行的应用。本文综述了SOT的基本特性及其在磁隧道结（MTJ）器件中的应用，MTJ器件是磁阻随机存取存储器（MRAM）的基本单元。在第一部分中，我们阐述了驱动纳米结构中的SOT和磁化反转的物理机制。在第二部分中，我们重点介绍了SOT-MTJ单元。我们讨论的MTJ的解剖材料和堆栈的发展，总结的SOT开关的优点的数字，审查垂直磁化MTJ的无场操作，并提出选择结合SOT，STT和电压门辅助开关。在第三部分中，我们考虑SOT-MRAM的电路集成过程的角度来看，介绍了缩放和性能的考虑，以及宏观设计架构。因此，我们桥梁的基本描述SOT驱动的磁化动力学与面向应用的角度来看，包括设备和系统级的考虑，目标和挑战。
2022-07-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Shape Anisotropy Enabled Field Free Switching of Perpendicular Nanomagnets
本研究针对垂直磁化SOT-MRAM翻转需额外外场的问题，通过设计铁磁体为三角形形状产生内场打破翻转对称性，在铂基钴纳米磁体上实现纳秒脉冲驱动的无外场确定性翻转，结果与微磁模拟一致。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Offset fields in perpendicularly magnetized tunnel junctions
本文研究了偏置场对垂直磁化隧道结自由层的影响。在扩展膜中，自由层偏移场是通过MgO隧道氧化物与参考层的层间交换耦合而产生的。因此，自由层偏移场伴随着自由层和参考层铁磁共振频率的偏移。位移取决于两个磁化的相互取向。偏移场随隧道氧化物的电阻面积积而减小。将隧道结图案化成STT-MRAM盘形单元实质上改变了偏移场，因为横向尺寸的减小伴随着参考层和硬层产生杂散场。实验偏置场与这些杂散场之和的空间平均值相比效果最好，从而为偏置场工程提供指导。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant adiabatic spin torque in magnetic tunnel junctions with a hybrid free layer structure
自旋矩转移（STT）的发现，使自旋电子器件的发展有了重大的进展。为了提高磁性隧道结的性能和理解自旋力矩转移的基本物理过程，人们研究了新的结构和材料。磁性纳米线的绝热自旋力矩效应是由于磁性的空间非均匀性引起的，已经在理论上得到了预测，并在实验上得到了证实。然而，这一重要的自旋力矩在磁性隧道结（MTJ）中却很少被关注，因为它在传统MTJ中的作用非常微弱。本文首次报道了具有混合自由层结构的MTJ器件中的巨大绝热自旋力矩。通过在混合自由层中沿电流方向引入空间磁不均匀性，实现了巨绝热自旋力矩的产生。结果表明，巨大的绝热自旋矩可以显著促进MTJ器件中的电流诱导开关过程：绝热自旋矩可以大于面内自旋矩，这使得在不同的偏置场下，可以利用单极电流实现开关。此外，绝热自旋力矩，这是成比例的空间非均匀性的水平，增加在切换过程中。数值模拟证实了所观察到的效果。这些结果对高密度STT-MRAM器件的未来具有深远的影响。
2009-08-21 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
Ultrafast Magnetization Reversal by Picosecond Electrical Pulses
自旋电子学的领域涉及研究固态器件中的自旋和电荷输运，以期提高它们的功能和效率。或者，超快磁性领域的重点是使用飞秒激光脉冲来激发磁性材料中的电子，这使得磁序在前所未有的亚皮秒时间尺度上发生巨大变化。在这里，我们通过使用皮秒电脉冲来快速激发磁性金属中的电子，从而将这两种不同的研究活动结合起来。我们能够确定性地和重复性地反转磁化的GdFeCo膜与子10皮秒电脉冲。磁化在~ 10 ps内反转，这比任何其他电控磁性开关快一个数量级以上。我们将磁化的确定性切换归因于电子的超快激发，这是一种与其他电流驱动的切换机制（如自旋转移矩（STT）或自旋轨道矩（SOT））根本不同的机制。测量了切换所需的能量密度，发现该过程是有效的，预计仅需要4 fJ来切换（20 nm）^3单元，这与其他最先进的STT-MRAM存储器器件相当。这一发现将为皮秒自旋电子现象和器件的研究开辟一个新的领域。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall
Field- and damping-like spin-transfer torque in magnetic multilayers
利用自旋扩散模型研究了磁性多层膜结构中的自旋转移矩。在所考虑的系统，由两个磁性层由一个导电层分开，扭矩是由一个平行的平面电流。我们计算了不同材料参数和几何形状的类场和类阻尼扭矩的强度。我们的研究表明，类场力矩在很大程度上取决于在钉扎层和自由层中巡游电子与磁化强度的交换耦合强度。低耦合导致非常高的类场转矩，而高耦合导致低的甚至负的类场转矩。不同的扭矩项对系统参数的依赖性被认为是非常重要的应用，如STT MRAM和自旋扭矩振荡器的发展。
2016-12-01 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
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
Single-shot laser-pulse-induced magnetization reversal in CoFeB/MgO-based magnetic tunnel junctions
Université de Lorraine, CNRS, IJL（洛林大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）；Tohoku University（东北大学）；Inamori Research Institute for Science（稻盛科学研究所）
研究基于CoFeB/MgO的磁性隧道结中的单脉冲激光诱导磁化反转，通过调整Ru覆盖层厚度改变激光能量吸收分布，借助隧道磁电阻效应检测反转，发现超快自旋输运等可能助于开关过程，朝着超快光学控制与MTJ技术集成迈进。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
