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
Numerical Fokker-Planck study of stochastic write error slope in spin torque switching
本文分析了在具有周向磁各向异性（PMA）的系统中，由于热涨落而引起的自旋力矩开关的写入误差。以前的分析和数值方法进行了总结，物理为基础的福克-普朗克方程（FPE）选择其计算效率和广泛的适用性，所有的开关制度。详细讨论了写入误差斜率与材料参数之间的关系，以实现更好的器件工程和优化。最后，一个2D FPE工具证明，扩展的适用性FPE写错误的非PMA系统与内置的不对称性。
2016-07-26 cond-mat.mes-hall
Exchange magnetic field torques in YIG/Pt bilayers observed by the spin-Hall magnetoresistance
利用自旋霍尔磁阻（SMR）测量了钇铁石榴石薄膜对Pt薄膜自旋积累的有效场力矩。结果，可以电测量铁磁绝缘层的磁化方向。实验的横向和纵向电阻是很好地描述的SMR的理论模型的直接和逆自旋霍尔效应，对于不同的Pt厚度[3，4，8和35 nm]。采用Pt的自旋霍尔角$θ_{SH}=0.08$，得到了Pt的自旋扩散长度（$λ=1.1\pm0.3$ nm）以及自旋混合电导的实部（$G_r=(7\pm3)\times10^{14}Ω^{-1}$ m $^{-2}$）和虚部（$G_i=(5\pm3)\times10^{13}Ω^{-1}$ m $^{-2}$）及其比值（$G_r/G_i=16\pm4$）.
2013-07-01 cond-mat.mes-hall
Synchronization of spin torque oscillators through spin Hall magnetoresistance
自旋力矩振荡器放置在一个重金属上，由于自旋霍尔磁阻效应的耦合，显示出同步的自振荡。在这里，我们研究了一个系统有两个自旋力矩振荡器的自旋霍尔转矩的影响下，并表明，切换外部电流的方向，使我们能够控制相位差的同步同相和反相之间。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.AO
Spin torque, tunnel-current spin polarization and magnetoresistance in MgO magnetic tunnel junctions
我们研究了具有超薄MgO隧道势垒层的磁性隧道结（MTJ）的自旋转移矩（ST）响应，以研究有限偏压下自旋转移矩与隧道磁阻（TMR）之间的关系。我们发现，施加在自由层上的每单位电流的自旋扭矩减少了不到10%的偏置范围内的TMR减少超过40%。我们研究了这一结果对各种自旋极化隧穿模型的影响，发现它与磁态相关的有效隧穿衰减长度是一致的。
2005-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal angular magnetoresistance and spin torque in ferromagnetic/normal metal hybrids
铁磁/正常金属（F/N）异质结构的电阻取决于结的性质，所述结可以是隧道势垒、点接触或金属间界面。对于所有的结类型，无序的F/N/F垂直自旋阀的电阻作为磁化矢量之间的角度的函数被示出服从一个简单的普遍规律。自旋电流感生的磁化力矩可以通过这些自旋阀的角磁阻来测量。所得结果可推广到任意磁电子电路。
2002-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature-Dependent Anisotropic Magnetoresistance and Spin-Torque-Driven Vortex Dynamics in a Single Microdisk
自旋-轨道-力矩驱动动力学最近在磁性领域获得了兴趣，这是由于对电流密度的要求降低和效率的提高，以及易于实现不同的设备和材料。从实际的观点来看，低于1GHz的低频动态是特别令人感兴趣的，因为与磁畴相关联的动态位于该频率范围内。虽然自旋扭矩激励的高频模式已被广泛研究，中低频动力学得到较少的关注，虽然自旋扭矩可以潜在地用于操纵的自旋纹理，以及激励的动态。在这项工作中，我们证明，它是可能的驱动磁涡旋动力学在一个单一的微盘在不同的温度下的自旋霍尔扭矩，并与结果的传输特性。我们发现，回旋模式的核心耦合到低频微波信号，并产生一个可测量的电压。动态测量与磁输运测量一致，并得到微磁模拟的支持。我们的研究结果打开了大门，集成磁涡旋器件在自旋电子学应用。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall
Interfacial contributions to spin-orbit torque and magnetoresistance in ferromagnet/heavy-metal bilayers
采用第一性原理非平衡格林函数方法结合Anderson无序模型研究了铁磁/重金属双层膜中自旋轨道矩和磁电阻的厚度依赖性.正交矢量球谐函数中的系统展开用于扭矩的角度依赖性。在Co/Pt和Co/Au双层膜的阻尼扭矩可以被描述为自旋霍尔贡献的总和，这与自旋扩散模型的协议，并与界面的贡献相当的厚度增加。在垂直于Co/Pt双层膜中的电流的平面中的磁导是每个界面原子的电导量子的顺序，超过自旋霍尔模型的预测超过一个数量级。这表明，“自旋霍尔磁阻”，类似于阻尼类扭矩，有一个大的界面贡献无关的自旋霍尔效应。
2019-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of transition-metal spacers on the spin-orbit torques, spin Hall magnetoresistance, and magnetic anisotropy of Pt/Co bilayers
我们研究了在Pt/Co界面处插入0.5 nm厚的间隔层（Ti，V，Cr，Mo，W）对自旋轨道力矩、霍尔效应、磁电阻、饱和磁化强度和磁各向异性的影响。我们发现，阻尼样的自旋轨道扭矩大幅减少，为所有样品与间隔层相比，参考Pt/Co双层，一致的原子自旋轨道耦合常数的间隔元件相对于Pt的相反符号。对于等电子的3d、4d和5d元素，除了V具有比Cr更强的影响之外，阻尼类扭矩的减小与原子序数单调。类场自旋轨道扭矩几乎消失的所有间隔层，无论其组成，这表明该扭矩主要起源于Pt/Co界面。异常霍尔效应、磁阻和饱和磁化强度也都显著降低，而薄层电阻在存在间隔层的情况下增加。最后，我们证明了自旋轨道力矩的幅度，自旋霍尔类磁阻，和垂直磁各向异性之间的相关性。这些结果突出了重金属/铁磁系统的磁输运性质的显着影响的重金属/铁磁间隔层。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant magnetoresistance amplifier for spin-orbit torque nano-oscillators
基于铁磁（FM）和非铁磁（NM）双层金属的自旋-轨道力矩纳米振荡器是一种超紧凑的电流控制微波信号源。它们作为一个方便的测试平台的自旋-轨道扭矩物理学的研究和实际应用，如微波辅助磁纪录，神经形态计算和芯片到芯片的无线通信是有吸引力的。然而，这些装置的主要缺点是由FM层的相对小的各向异性磁阻（AMR）引起的低输出微波功率。在这里，我们的实验表明，自旋轨道扭矩纳米振荡器的输出功率可以提高近三个数量级，而不影响其结构的简单性。在振荡器中加入FM参考层，可以利用电流面内巨磁阻效应（CIP GMR）来提高器件的输出功率。输出功率的这种增强是GMR与AMR相比的大幅度以及GMR和AMR的不同角度依赖性的结果。我们的研究结果为自旋轨道力矩纳米振荡器的实际应用铺平了道路。
2019-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
A two-terminal spin valve device controlled by spin-orbit torques with enhanced giant magnetoresistance
我们报告的电流诱导自旋轨道转矩和巨磁阻在一个单一的设备，以实现全电写入和读出的磁化相结合。该器件由垂直磁化的TbCo和Co层组成，由Pt或Cu间隔物隔开。通过这样的层的电流注入施加自旋轨道转矩和切换的Co层的磁化，而TbCo磁化保持固定。随后的电流注入较低的幅度感测的Co和TbCo层的磁化的相对取向，这导致在两个不同的电阻水平的平行和反平行对齐由于电流在平面内的巨磁阻效应。我们进一步表明，包括一个单一的TbCo/间隔层/Co三层的器件的巨磁电阻可以提高从0.02%到6%，通过使用铜间隔层代替Pt。这种类型的设备提供了一个替代路线的两端自旋电子存储器，可以与适度的努力制造。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-transfer torque in ferromagnetic bilayers generated by anomalous Hall effect and anisotropic magnetoresistance
本文提出了一个从纵向磁阻测量确定铁磁双层膜中自旋-轨道相互作用激发的自旋转移矩效率的实验方案。在适当的边界条件下求解扩散自旋输运理论，给出了纵向电荷电流密度的解析公式。纵向充电电流具有与自旋转移力矩效率的平方成比例的项，并且还取决于膜厚度与铁磁体的自旋扩散长度的比率。从作为厚度的函数的纵向电阻率的测量中提取该贡献可以给出自旋转移扭矩效率。
2016-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall magnetoresistance sensor using Au$_x$Pt$_{1-x}$ as the spin-orbit torque biasing layer
本文报道了基于NiFe/Pt 1-x双层膜的自旋霍尔磁电阻传感器的研究。与NiFe/Pt相比，NiFe/PtPt 1-x传感器表现出低得多的功耗（降低约57%），这是由于与纯Pt相比，在x = 0.19的最佳组成下，PtPt 1-x的自旋-轨道扭矩效率提高了80%。增强的自旋轨道扭矩效率允许将NiFe的厚度从1.8 nm增加到2.5 nm，而不会显著增加功耗。我们表明，通过增加NiFe厚度，我们能够提高传感器的工作场范围（0.86 Oe），工作温度范围（150 ℃）和探测率（0.71 nT/sqrt（Hz）在1 Hz），这是重要的实际应用。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Spin transfer torques generated by the anomalous Hall effect and anisotropic magnetoresistance
铁磁体中的自旋-轨道耦合引起反常霍尔效应和各向异性磁阻，这两者都可以用于以与自旋霍尔效应类似的方式产生自旋转移转矩。在本文中，我们将展示如何利用这些效应来可靠地切换垂直磁化层和移动畴壁。反常霍尔效应和各向异性磁阻的漂移扩散处理描述了在垂直于电场的方向上流动的自旋电流。在具有由间隔层分开的两个铁磁层的系统中，面内电场导致自旋电流从一个层注入到另一个层中，从而产生自旋转移转矩。与非磁性材料中的相关自旋霍尔效应不同，异常霍尔效应和各向异性磁阻允许通过改变注入层中的磁化方向来控制注入自旋的取向，并因此控制转矩。在一个层上的扭矩示出丰富的角度依赖性作为在另一层中的磁化的取向的函数。通过改变固定层中的磁化方向而提供的转矩的控制使得可以可靠地切换垂直磁化的自由层。我们计算的临界电流密度为代表的CoFe/Cu/FePt结构表明，开关可以是有效的适当的材料选择。类似地，磁化方向的控制可以驱动畴壁运动，如NiFe/Cu/NiFe结构所示。
2014-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface tuned Enhanced and Low Temperature Quenching of Orbital Hall Currents Induce Torque and magnetoresistance in Light Metal/Nickel Bilayers
该研究探究轻金属/铁磁体双层膜中轨道霍尔效应诱导的电流效应，通过测量Ni/Ti薄膜的二次谐波电压提取OHT效率与UOMR，发现Cu中间层及Ti厚度增加可增强两者，低温会淬灭，揭示体轨道霍尔效应为共同机制。
2025-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local spin transfer torque and magnetoresistance in domain walls with variable width
使用自旋极化电流来操纵铁磁纳米线中的磁畴壁多年来一直是深入研究的主题。近年来，由于技术的进步，制造具有特殊特性的纳米接触变得越来越普遍。现在，我们提出了一个完整的量子研究的磁电阻和自旋转移扭矩的域壁，这是嵌入在纳米接触的Ni $_{80}$ Fe $_ {20}$，其中的域壁的大小成为一个相关的可调参数。可以完全详细地分析对畴壁宽度的依赖性以及沿着畴壁的扭矩的空间依赖性。磁电阻随畴壁宽度的增加而下降，但也显示出特征调制和共振自旋翻转传输点。即使不考虑弛豫，自旋转移力矩也具有显著的面内和面外贡献。更仔细的检查确定的贡献，从短畴壁的自旋密度的错位，以及一个有效的规范场较长的畴壁，这两个振荡沿畴壁。
2020-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effects of the Zhang-Li Torque on Spin Torque nano Oscillators
自旋力矩纳米振荡器（STNO）是基于磁共振的微波自动振荡器，其具有与振荡幅度的非线性响应，这为它们提供了包括相互同步的可能性的大的频率可调谐性。STNO中的磁化动力学由来自自旋电流的自旋转移矩（STT）引起，并且可以通过由于巨磁阻或隧穿磁阻引起的电阻变化来检测。STT效应通常被视为一个类似阻尼的项，它减少了磁耗散，促进了磁模式的激发。然而，一个额外的术语，被称为张-李项有磁化梯度，如畴壁的影响，并可能有局部磁模式在STNO的影响。在这里，我们研究了张李扭矩的影响，在STNO与纳米接触几何形状产生的磁激励。通过微磁学模拟，我们发现张李力矩改变了磁模的阈值电流和有效尺寸。此外，我们表明，可以通过改变纳米接触尺寸和层厚度之间的比率来控制效果。
2020-05-27 cond-mat.mes-hall
Anomalous tunnel magnetoresistance and spin transfer torque in magnetic tunnel junctions with embedded nanoparticles
在量子弹道模型的范围内计算了纳米颗粒嵌入磁性隧道结中的隧道磁阻效应。进行了模拟的电子隧穿通过绝缘层内的方法的双势垒子系统并联连接到单势垒一个嵌入的磁性和磁性纳米粒子。该模型适用于面内磁化和垂直磁化的MTJ。我们还计算了自旋转移矩（STT）与磁性纳米粒子的MTJ中施加的电压的平面内分量，并确定其值可以远远大于在单势垒系统（SBS）相同的隧穿厚度。报道的模拟再现实验数据的TMR抑制和峰值状TMR异常在低电压文献中提供。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterizing Spin-Orbit Torques by Tensorial Spin Hall Magnetoresistance
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
通过张量性自旋霍尔磁电阻表征非SHE材料中的自旋轨道扭矩
2025-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Unidirectional spin Hall magnetoresistance and spin-orbit torques in HM$_1$/Co/HM$_2$ trilayer systems
我们提出了一个详细的分析谐波纵向和霍尔电压测量的面内磁化Pt/Co/Ta和Ta/Co/Pt三层参考Pt/Co和Ta/Co双层膜。通过引入与自旋霍尔角符号相反的第二重金属，实现了自旋-轨道力矩（SOTs）和单向自旋霍尔磁阻（USMR）的增强。提取的SOT效率是较大的三层相比，双层，确认增强值报告的三层垂直磁化Co。最大有效自旋霍尔角为Pt/Co/Ta三层达到$θ_{SH}$ = 20%。对于Pt/Co/Ta三层，在10 $^{7}$ A/cm $^2$的充电电流密度下，三层的USMR产生比相应双层高27%的效果，其中最大有效USMR幅度为-0.32 $\times$ 10 $^{-5}$。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unidirectional magnetoresistance and spin-orbit torque in NiMnSb
由于相对论性自旋轨道耦合和空间反演对称性破缺而导致的自旋相关输运现象通常很难在微观上解释，特别是当发生在表面或界面时。在这里，我们提出了一个理论和实验研究的自旋轨道扭矩和单向磁电阻在模型室温铁磁体NiMnSb与反转不对称的散装半赫斯勒晶体。除了对磁化强度的角度依赖性，Rashba和Dresselhaus类自旋轨道耦合的竞争导致这些效应对所施加的电场的晶体方向的依赖性。我们观察到的现象学突出了通常认为的解释实验的方法的潜在不适用性。我们指出，在一般情况下，有没有直接的联系之间的电流诱导的非平衡自旋极化推断从测量的自旋轨道扭矩和单向磁阻。我们还强调，单向磁阻不仅有纵向，而且在电场-电流指数的横向分量，这使其分离的热电贡献的检测信号在常见的实验技术。我们使用的理论结果来分析我们的测量的谐振和非谐振的混合信号在微棒设备制造从外延NiMnSb薄膜沿不同的晶体方向。基于分析，我们提取的单向磁阻在NiMnSb的实验估计。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles spin-transfer torque in CuMnAs$|$GaP$|$CuMnAs junctions
我们证明了电流垂直于平面几何的全反铁磁隧道结可以用作具有潜在高频操作的高效自旋电子学器件。通过使用最先进的密度泛函理论结合量子输运，我们证明了电极的Néel矢量可以通过自旋转移矩来操纵。这在两个不同的磁性子晶格上交错，并且可以产生动力学和切换。同时利用标准隧道磁阻效应可以读出结的不同磁化状态。计算了在反铁磁CuMnAs电极和GaP隔离层之间具有不同表面终端的CuMnAs $|$ GaP $|$ CuMnAs结。特别是，我们发现，扭矩仍然交错的终止，而磁阻取决于界面的微观细节。
2016-11-22 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
Large spin Hall magnetoresistance and its correlation to the spin-orbit torque in W/CoFeB/MgO structures
重金属/铁磁体/氧化物结构中的自旋-轨道相互作用由于可以利用面内电流控制磁化方向而得到广泛的研究。这意味着存在一个相反的效果，在这种结构中的导电性应该取决于磁化方向。在这项工作中，我们报告了一个系统的研究的W/CoFeB/MgO结构的磁阻（MR）和它的相关性的电流感应转矩的磁化。我们观察到MR与磁化强度和电流方向之间的夹角无关，而是由自旋霍尔效应积累的磁化强度相对于自旋方向的相对取向决定的，这与所谓的自旋霍尔磁电阻具有相同的对称性。在W/CoFeB/MgO样品中的~1%的MR显著大于Ta/CoFeB/MgO或Pt/Co/AlOx的其它结构中的MR，这表明W的更大的自旋霍尔角。此外，MR和电流诱导磁化转换效率的类似W厚度依赖性表明它们共享相同的基础物理，这允许人们在非磁体/铁磁体结构中利用MR，以便理解密切相关的其他自旋-轨道耦合效应，例如逆自旋霍尔效应、自旋-轨道自旋转移力矩等。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable, rapid spin-orbit torque induced modulation of colossal magnetoresistance in Mn$_3$Si$_2$Te$_6$ nanoflakes
本研究发现Mn₃Si₂Te₆纳米片具备响应快、电流密度低、电可调的磁电阻特性，揭示其物理机制，为自旋电子学应用及相关物理研究提供了新平台。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modeling and Optimization of Two-Terminal Spin-Orbit-Torque MRAM
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Cornell University（康奈尔大学）
本文提出了一种新型双端自旋轨道扭矩MRAM，通过提高垂直SOT效率，实现接近7nm节点SRAM的写入能量性能。
2025-12-05 cond-mat.mes-hall
Synchronized, periodic, and chaotic dynamics in spin torque oscillator with two free layers
通过数值求解Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程，研究了由面内磁化的非对称两自由层组成的自旋力矩振荡器的磁化动力学相图.我们计算了低场和高场情况下大范围电流密度下的动力学，发现了许多动力学相，如同步，不同频率的自振荡和混沌动力学。同步的观察表明，还没有被发现通过使用传统的电检测方法实验的动态相的存在。具有不同频率的自振荡导致具有高频率的磁阻振荡，其可以通过实验测量。另一方面，在高电流区域中的磁电阻的混沌和/或周期性行为导致傅立叶谱中的峰值频率的不连续变化。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall
Implementation of a non-equilibrium Green's function method to calculate spin transfer torque
我们提出了一个实现的稳态Keldysh方法在格林函数多重散射计划计算非平衡自旋密度。该密度用于获得显示磁阻效应的结中的自旋转移力矩。我们使用我们的实现来研究金属Co/Cu/Co结中的自旋转移矩。
2008-02-13 cond-mat.mes-hall
Tunneling magnetoresistance enhancement by symmetrization in spin-orbit torque magnetic tunnel junction
具有强自旋轨道耦合（SOC）的重金属被用来产生自旋电流，通过自旋轨道矩（SOT）来控制磁化动力学。基于SOT的磁性隧道结（SOT-MTJ）具有高效的写入操作，是一种很有前景的应用。然而，SOT-MTJ面临着低隧穿磁电阻（TMR）的问题。在这项工作中，我们提出了一个从头计算的隧道磁电阻在SOT-MTJ。结果表明，SOT-MTJ对称结构可以提高TMR。对称化诱导界面共振态（IRSs）。当IRSs在相反的势垒界面匹配相同的共振时，SOT-MTJ中发生共振隧穿，这显著地有助于并联配置中的电导并改善TMR。我们通过透射谱、散射态密度和微分态密度证明了共振隧穿的发生。重金属厚度对TMR的影响有限。这一工作将有利于SOT-MTJ中TMR的优化，以及SOT自旋电子学器件。
2018-05-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Giant magnetoresistance and anomalous transport in phosphorene-based multilayers with noncollinear magnetization
我们从理论上研究了单层磷烯铁磁/正常/铁磁（F/N/F）混合结构中的磁输运特性。我们发现，在F/N/F结构中，$n$掺杂的F区和N区的电荷电导在平行（P）磁化组态处有最小值，在反平行（AP）磁化组态附近有最大值，而在N区的$n$型掺杂的AP组态处也有有限的电导.特别是，所提出的结构表现出巨磁阻，这可以调整到统一。研究发现，这种完美的开关在增加接触长度和利用栅极电压调节N区的化学势方面表现出很强的鲁棒性。我们还探讨了电荷电导或磁阻的振荡行为的N区的大小。我们进一步证明了自旋转移力矩渗透到正确的F区域，并表明，与石墨烯结构不同，自旋转移力矩对N区域的化学势以及F区域的交换场非常敏感。
2017-03-25 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
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
Scaling Projections on Spin Transfer Torque Magnetic Tunnel Junctions
我们调查缩放技术相关的磁性隧道结器件在三层和五层配置通过改变横截面积沿横向使用非平衡格林函数自旋输运形式主义。我们研究的几何形状的依赖，考虑正方形和圆形的横截面。由于在每种情况下的横向尺寸减少，我们表明，横模能量分布起着重要的作用，在电阻面积的产品。这两种类型的设备显示恒定的隧道磁阻在较大的横截面积，但实现超高的磁阻在小的横截面积，同时保持低电阻面积的产品。我们注意到，尽管在三层情况下用于切换自由层纳米磁体的磁化的临界切换电压在较大区域处保持恒定，但在较小区域处切换需要更多能量。在五层的情况下，我们观察到的振荡行为在较小的区域作为双势垒隧穿的结果。我们还描述了这两种器件的开关特性是如何受到缩放的影响。
2017-12-12 cond-mat.mes-hall
Ab-initio GMR and current-induced torques in Au/Cr multilayers
本文报道了基于非平衡格林函数和自旋密度泛函理论的{ \em ab-initio}方法对Cr/Au多层膜巨磁电阻（GMR）和电流感生转矩（CITS）的研究.我们发现大量的GMR主要是由于自旋相关的共振中心在Cr/Au界面和预测的CITS是强大到足以切换反铁磁序参量在电流密度$\sim 100$倍小于典型的铁磁金属电路开关密度。
2006-11-23 cond-mat.mes-hall
Current-induced spin torque resonance of magnetic insulators
我们制定了一个理论的交流自旋霍尔磁阻（SMR）在双层系统组成的磁性绝缘体，如钇铁石榴石（YIG）和重金属，如铂（Pt）。基于漂移扩散自旋模型和界面处的量子力学边界条件，推导出了直流电压产生的表达式，揭示了自旋力矩铁磁共振（ST-FMR）。我们预测，ST-FMR实验将揭示有价值的信息，电流感生磁化动力学的磁性绝缘体和交流自旋霍尔效应。
2014-08-20 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic Single-layer Spin-Orbit Torque Oscillators
我们展示了如何通过一个单一的反铁磁层的电荷电流可以激发和控制自振荡。具有可调振幅和频率的持续振荡在各种几何形状中使用表现出有限耗散自旋轨道扭矩的某些类别的非中心对称材料是可能的。我们计算的稳态相图的电流和自旋轨道力矩大小的函数。各向异性磁阻导致所得到的AF振荡转换为太赫兹AC输出电压。这些发现为在简单的单层结构中设计太赫兹反铁磁自旋轨道力矩振荡器提供了一条有吸引力的新途径。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Theory of nonlinear magnetoelectric transport effects in normal-metal $-$ magnetic-insulator heterostructures
Dahlem Center for Complex Quantum Systems and Physics Department, Freie Universität Berlin（柏林自由大学达勒姆复杂量子系统中心与物理系）
本文提出正常金属-磁性绝缘体异质结构中非线性磁电输运效应的理论，分析了四种贡献的频率和磁化方向依赖性，为实验区分提供框架。
2025-09-18 cond-mat.mes-hall
Strong interfacial exchange field in a heavy metal/ferromagnetic insulator system determined by spin Hall magnetoresistance
重金属/磁性绝缘体界面的自旋相关输运是自旋电子学研究前沿许多现象的起源。一个适当的量化不同的界面自旋电导是至关重要的许多应用。在这里，我们报告的自旋霍尔磁阻（SMR）的纯铁磁绝缘体（EuS）上的Pt的第一次测量。我们在很宽的温度范围内进行SMR测量，并通过使用微观模型拟合结果。从这个拟合过程中，我们得到的自旋电导（$G_s$，$G_r$和$G_i$）的温度依赖性，解开类场扭矩（$G_i$），类阻尼扭矩（$G_r$），和自旋翻转散射（$G_s$）的贡献。作用于Pt的传导电子的1 meV量级的界面交换场可以从$G_i$估计，其在居里温度以下比$G_r$大至少三倍。我们的工作提供了一个简单的方法来量化这种界面自旋分裂场，它在新兴领域，如超导自旋电子学和热电子学，拓扑量子计算中发挥着关键作用。
2020-09-03 cond-mat.mes-hall
Magnetoresistance of heavy and light metal/ferromagnet bilayers
我们研究了正常金属（NM）/铁磁体（FM）双层膜在线性和非线性（电流依赖）机制下的磁电阻，并将其与自旋轨道力矩和热致电场的幅值进行了比较。实验结果表明，重NM/Co双层膜（NM = Ta，W，Pt）的磁电阻与YIG/Pt的自旋霍尔磁电阻（SMR）现象相似，但具有大得多的各向异性，约为0.5%，且各向异性随NM的原子序数而增大.这种类似SMR的行为在轻NM/Co双层（NM = Ti，Cu）中不存在，其呈现多晶FM层预期的标准AMR。在Ta，W，Pt/Co双层膜中，我们发现一个额外的磁阻，直接正比于电流和磁化的横向分量。这种所谓的单向SMR，0.005%的顺序，是最大的W和相关的反阻尼自旋轨道扭矩的振幅。单向SMR低于我们在YIG/Pt中测量的精度。
2015-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness dependence of spin Hall magnetoresistance in FeMn/Pt bilayers
我们研究了FeMn/Pt双层膜的自旋霍尔磁电阻，发现其比重金属和绝缘铁磁或反铁磁双层膜系统的自旋霍尔磁电阻大一个数量级，并且与NiFe/Pt双层膜的自旋霍尔磁电阻相当。自旋霍尔磁电阻随FeMn和Pt厚度的变化呈现非单调性。前者是由FeMn薄膜的净磁化强度随厚度的变化引起的，而后者主要是由Pt中的自旋积累和扩散引起的。通过对Pt厚度依赖性的分析，确定了Pt的自旋霍尔角、自旋扩散长度和自旋混合电导的实部分别为0.2、1.1 nm和$5.5 * 10^{14} Ω^{-1} m^{-2}$。结果证实了最近在该系统中观察到的自旋轨道矩效应。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall
Current induced switching of magnetic domains to a perpendicular configuration
在铁磁体-正常金属-铁磁体三层中，垂直于各层流动的电流在铁磁体的磁矩上产生扭矩。当其中一个接触是超导的时，转矩不仅有利于磁矩的平行或反平行对齐，如两个正常接触的情况，而且还可以有利于两个磁矩垂直的配置。此外，平行磁矩和反平行磁矩的电导是相同的，表明通常意义上没有巨磁阻，而在垂直配置中电导更大。因此，一个负的磁导预测，在通常的巨磁阻。
2001-02-15 cond-mat.mes-hall
Self-induced spin-orbit torques in metallic ferromagnets
本文提出了自旋弛豫边界金属铁磁体中自旋轨道力矩的唯象理论。该模型是植根于耦合扩散的电荷和自旋在大块的铁磁体，在那里我们占异常霍尔效应以及各向异性磁阻在相应的本构关系的电荷和自旋部门。扩散方程的补充与适当的边界条件，反映环境的自旋下沉能力。在反型非对称异质结构中，未补偿的自旋积累对序参量施加耗散力矩，导致铁磁共振中的电流依赖性线宽具有特征角度依赖性。我们将我们的模型与最近的自旋扭矩铁磁共振测量进行比较，说明即使在简单的磁性结构中也可以产生丰富的自感自旋扭矩现象。
2021-06-04 cond-mat.mes-hall
Impact of current-induced magnons on spin-orbit torque analysis
Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；HUN-REN Centre for Energy Research, Institute of Technical Physics and Materials Science（匈牙利研究与教育网络能源研究中心技术物理与材料科学研究所）
研究发现电流诱导磁子在Hall数据中产生与磁子相关自旋翻转单向磁阻类似的效应，需考虑其对广域范围内的自旋轨道扭矩估计至关重要。
2026-04-28 cond-mat.mes-hall
Unidirectional Spin Hall Magnetoresistance in Antiferromagnetic Heterostructures
单向自旋霍尔磁电阻（USMR）在重金属/铁磁体（HM/FM）双层膜系统中已被广泛报道。我们在Pt/α-Fe_2 O_3双层膜中观察到USMR，其中α-Fe_2 O_3是反铁磁（AFM）绝缘体。系统的场和温度相关的测量证实了磁振子起源的USMR。原子力显微镜-超磁共振的出现是由热随机场产生的自旋轨道力矩引起的原子力显微镜磁振子产生和湮灭的不平衡所驱动的。然而，与铁磁对应物不同的是，理论模型表明，Pt/α-Fe 2 O3中的USMR由反铁磁振子数决定，并且具有非单调的场依赖性。我们的研究结果扩展了USMR的通用性，为AF自旋状态的高灵敏度检测铺平了道路。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall
A Physical Unclonable Function Based on Variations of Write Times in STT-MRAM due to Manufacturing Defects
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）
本文提出基于STT-MRAM中写入时间变化的物理不可克隆函数，利用制造缺陷导致的不可预测变化实现安全认证。
2025-10-02 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torques and spin Hall magnetoresistance generated by twin-free and amorphous Bi0.9Sb0.1 topological insulator films
本研究对比了无孪晶外延与非晶Bi₀.₉Sb₀.₁拓扑绝缘体的自旋轨道矩和自旋霍尔磁电阻，揭示了晶态材料的高转换效率、各向同性特性及不同温区的电荷-自旋转换机制。
2023-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-transfer torque switching below 20 kA/cm$^2$ in perpendicular magnetic tunnel junctions
我们证明了具有垂直磁化各向异性（PMA）的Co-Fe-B/MgO基磁性隧道结（MTJ）中临界自旋转移矩（STT）开关电流的降低。结产量隧道磁阻（TMR）的比率高达64%，在4单层（ML）隧道势垒厚度。本文研究了降低临界开关电流密度的方法。通过优化DC-STT测量过程中的偏置场，我们得到了低于20 kA/cm $^2$，甚至低至9 kA/cm $^2$的超低临界开关电流密度，为进一步的实验研究，如理论预测的热驱动自旋转移矩效应提供了理想的候选材料。
2013-09-13 cond-mat.mes-hall
Write error rate of spin-transfer-torque random access memory including micromagnetic effects using rare event enhancement
自旋转移矩随机存取存储器（STT-RAM）由于其可扩展性、读写速度和耐久性的提高而成为下一代随机存取存储器的一个有希望的候选者。然而，写入脉冲持续时间必须足够长以确保低写入错误率（WER），即在存在随机热效应的情况下，在写入脉冲被关断之后位将保持未切换的概率。希望WER的量表为10 $^{-9}$或更低。在大自旋近似下，可以使用福克-普朗克方法分析计算WER。然而，钻头内的动态微磁效应会影响并导致更快的切换。这种微磁效应可以通过随机Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski（LLGS）方程的数值解来解决。然而，确定接近10个$^{-9}$的WER将需要远远超过10个$^{9}$这样的独立模拟，这是不可行的。在这项工作中，我们探索使用“稀有事件增强”（REE），一种方法，已被用于蒙特卡罗模拟的其他系统中，稀有事件仍然很重要的WER计算。使用一个原型REE的方法量身定制的STT-RAM开关物理，我们证明了可靠的计算WER到10 $^{-9}$与集只有大约10个$^{3}$正在进行的随机LLGS模拟，和明显的能力，走得更远。
2016-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.data-an
Theory of spin Hall magnetoresistance
我们提出了一个理论的自旋霍尔磁电阻（SMR）的多层膜由绝缘铁磁体F，如钇铁石榴石（YIG），和正常的金属N与自旋轨道相互作用，如铂（Pt）。SMR是由自旋霍尔效应和反自旋霍尔效应的同时作用引起的，因此是一种非平衡邻近现象。我们计算了F $|$ N和F $|$ N $|$ F层状系统中的SMR，用自旋扩散理论在界面处用自旋混合电导的量子力学边界条件处理N。我们的结果解释了实验观察到的自旋霍尔磁电阻在N $|$ F双层膜。对于F $|$ N $|$ F自旋阀，当磁化共线时，我们预测了增强的SMR幅度。三层膜的SMR和自旋转移矩可以通过磁结构来控制。
2013-02-06 cond-mat.mes-hall
Unidirectional spin Hall magnetoresistance in topological insulator/ferromagnetic layer heterostructures
拓扑绝缘体中的大自旋轨道耦合导致螺旋自旋织构的狄拉克表面态，这对拓扑自旋电子学是有吸引力的。这些状态在室温下对近端磁矩产生有效的自旋轨道转矩。然而，基于这种切换的存储器或逻辑自旋器件需要非最佳的三端子几何结构，其中两个端子用于写入电流，一个端子用于读取器件的状态。一个替代的两个终端设备的几何形状是现在可能的，利用最近发现的单向自旋霍尔磁电阻在重金属/铁磁双层和（在低温下）在磁性掺杂的拓扑绝缘体异质结构。我们报告的观察单向自旋霍尔磁电阻在技术相关的设备的几何结构，结合了传统的铁磁金属的拓扑绝缘体。我们的设备显示出的品质因数（磁阻每电流密度每总电阻），这是在全金属Ta/Co双层的最高报道值相媲美。
2017-01-23 cond-mat.mes-hall
Effect of resistance feedback on spin torque-induced switching of nanomagnets
在大磁阻器件中，自旋力矩引起的电阻变化可以产生GHz的电流和电压振荡，这可以影响磁化反转。此外，大电阻器件中的电容分流可以进一步减小电流，从而不利地影响自旋扭矩切换。在这里，我们同时解决的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的自旋力矩和传输线电报员的方程研究的自旋阀和磁性隧道结的磁化反转的电阻反馈和电容的影响。虽然对于自旋阀，由于自旋力矩的饱和，平行（P）到反平行（AP）的切换受到电阻反馈的不利影响，但在低电阻磁性隧道结中，P-AP切换被增强。我们研究了电阻反馈对MTJ的开关时间的影响，并表明磁化开关只受pF范围内的电容分流的影响。
2009-05-15 cond-mat.mes-hall
Inelastic scattering in ferromagnetic and antiferromagnetic metal spintronics
利用铁磁电压探针模型研究了非弹性散射对铁磁和反铁磁金属自旋阀巨磁电阻和电流感生力矩的影响。该模型是基于传输理论的格林函数公式，并表示自旋相关和自旋无关的非弹性散射体的内部电压探针，被约束为分别携带无电荷电流和无自旋或电荷电流。我们发现铁磁金属自旋阀结构中的巨磁电阻和自旋转移力矩在任意强的自旋无关非弹性散射中幸存下来，而最近预测的反铁磁金属自旋阀中的类似现象被部分抑制。我们使用玩具模型的数值计算来估计反铁磁金属自旋阀的室温操作的间隔层厚度的要求。
2006-10-16 cond-mat.mes-hall
Electric control of Dirac quasiparticles by spin-orbit torque in an antiferromagnet
自旋轨道电子学和狄拉克准粒子是凝聚态物理的两个独立领域，大约在十年前开始发展。在这里，我们预测，狄拉克准粒子可以控制的自旋-轨道力矩重定向的Néel矢量在反铁磁体。以CuMnAs为例，我们制定了对称性标准，允许共存的狄拉克准粒子和Néel自旋轨道力矩。我们确定的非对称晶体对称性保护狄拉克带交叉的开关是由Néel矢量重定向介导的。通过极小模型和密度泛函计算，我们预测这一概念可以导致由Néel矢量驱动的拓扑金属-绝缘体相变，并产生相应的拓扑各向异性磁电阻.
2016-10-25 cond-mat.mes-hall
Domain Wall-Magnetic Tunnel Junction Spin Orbit Torque Devices and Circuits for In-Memory Computing
传统计算存在紧迫的问题，特别是对于完成数据密集型和实时任务而言，这些问题促使开发内存计算设备来存储信息并执行计算。磁性隧道结（MTJ）存储器元件可用于通过操纵畴壁（DW）（磁畴之间的过渡区）进行计算。但是，这些器件面临挑战：DW的自旋转移矩（STT）切换需要高电流，并且在DW轨道顶部创建MTJ柱所需的多个蚀刻步骤导致隧道磁阻（TMR）降低。这些问题限制了器件和电路的实验研究。在这里，我们研究了三端畴壁磁隧道结（DW-MTJ）内存计算设备的原型，这些设备可以解决数据处理瓶颈，并通过使用垂直磁各向异性（PMA）、自旋轨道扭矩（SOT）切换和优化的光刻工艺来解决这些挑战，以产生平均器件隧道磁阻TMR = 164%，电阻面积积RA = 31 Ω-μm^2，接近于未图案化膜的RA，并且与使用自旋转移力矩相比具有更低的切换电流密度。双器件电路显示器件之间的位传播。器件初始化的开关电压的变化被削减到7%，通过控制DW的初始位置，我们显示对应于96%的精度在DW-MTJ全加器模拟。这些结果在将MTJ和DW用于内存和神经形态计算应用方面取得了长足的进步。
2020-10-26 cond-mat.mes-hall
