Time-Resolved Studies of the Spin-Transfer Reversal Mechanism in Perpendicularly Magnetized Magnetic Tunnel Junctions
在垂直磁化的磁性隧道结中，利用单次时间分辨电学测量研究了直径为50 ~ 100 nm的圆形结中脉冲自旋力矩开关随脉冲幅度和结尺寸的变化。平均开关时间与脉冲幅度成反比。然而，开关动态被发现是强烈依赖于结的大小和脉冲幅度。在50 nm直径的结中，切换开始是随机的，但切换一旦开始，是快速的;在被启动后，切换所需的时间小于2 ns。在较大直径的结中，完全切换所需的时间强烈依赖于脉冲幅度，在大脉冲幅度下达到小于2 ns的时间。在开关速率与脉冲幅度的异常示出与长寿命（> 2 ns）的中间结电阻状态。
2016-10-30 cond-mat.mes-hall
Field-free switching of magnetic tunnel junctions driven by spin-orbit torques at sub-ns timescales
我们报告的时间分辨测量的磁化翻转的自旋轨道转矩在没有外部磁场的垂直磁化的磁性隧道结（MTJ）。无场切换由集成在MTJ堆叠上方的面内磁化层的偶极场实现，其取向确定切换极性。实时单次测量提供了磁化反转和开关分布的直接证据。接近临界开关电压，我们观察到随机反转事件，由于有限的孵化延迟之前的磁化反转。当脉冲幅度增加到临界电压的两倍时，反转变得准确定性，从而在零外部场中以亚ns时间尺度实现可靠的双极开关。我们进一步调查的开关概率作为MTJ和外部磁场的直流偏置的函数，提供洞察力的参数，确定临界开关电压。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Asymmetric switching behavior in perpendicularly magnetized spin-valve nanopillars due to the polarizer dipole field
我们报道了垂直磁化自旋阀纳米柱的自由层开关场分布。虽然分布是一致的热活化模型，它们显示出强烈的不对称性之间的平行反平行和反向过渡，与平行反平行过渡的能量势垒高出50%以上。来自偏振器的不均匀偶极场被证明是这种对称性破缺的起源。有趣的是，对称性恢复与光刻定义的凹口对从柱横截面的中点沿椭圆长轴删除的设备。这些结果对垂直磁化MRAM位单元的热稳定性具有重要意义。
2011-11-05 cond-mat.mes-hall
Reduction of back switching by large damping ferromagnetic material
最近的研究磁化动力学引起的自旋-轨道扭矩揭示了一个弱的依赖于铁磁自由层的阻尼常数的磁化切换的临界电流。然而，这项研究表明，阻尼常数在自旋轨道转矩引起的磁化翻转中起着关键作用。易磁化轴平行于电流方向的铁磁体中会发生一种不希望发生的回切现象，这种回切现象称为反向回切。数值和理论分析表明，当铁磁体的阻尼常数较大时，反向开关被强烈抑制。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin torque switching of an in-plane magnetized system in a thermally activated region
在低温、小阻尼和电流近似下，通过求解Fokker-Planck方程，研究了面内磁化系统自旋力矩开关速率指数与电流的关系.推导了临界电流的解析表达式I_{c}和I_{c} ^{*}。在I_{c}处，平行于易轴的初始状态变得不稳定，而在I_{c} ^{*}（\simeq 1.27 I_{c}）处，切换发生而没有热波动。开关速率指数的电流依赖性可由（1-I/ I_{c} ^{*}）^{b}很好地描述，其中，当I < I_{c}时，指数b的值近似为1，而当I_{c} < I < I_{c} ^{*}时，随着电流的增加，b迅速增加至2.2。I < I_{c}的线性关系与其他工作一致，而I_{c} < I < I_{c} ^{*}的非线性关系是本工作新发现的。非线性相关性对于实验结果的分析是重要的，因为大多数实验是在I_{c} < I < I_{c} ^{*}的电流区域中进行的。
2013-02-08 cond-mat.mes-hall
Skyrmion mediated voltage controlled switching of ferromagnets for reliable and energy efficient 2-terminal memory
我们提出了一种两端纳米磁性存储元件的基础上采用单极电压脉冲，修改系统的垂直各向异性的垂直磁化纳米磁体的磁化反转。我们的工作表明，存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction，Dzyaloshinski-Moriya Interaction）可以创建磁化反转的替代路线，从而避免了需要利用旋进磁化动力学以及偏置磁场，这些都是在传统的基于电压控制的磁各向异性（VCMA）的垂直磁化切换中采用的。我们与广泛的微磁模拟，在热噪声的存在下，所提出的skyrmion介导的VCMA开关机制是强大的，在室温下，导致极低的错误切换，同时也可能是1-2个数量级的能源效率比最先进的自旋转移矩（STT）为基础的开关。
2017-07-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Effect of disorder studied with ferromagnetic resonance for arrays of tangentially magnetized sub-micron Permalloy discs fabricated by nanosphere lithography
切向磁化三角阵列的亚微米坡莫合金磁盘的特点与铁磁共振，以确定可能的贡献的频率和线宽从阵列无序。每个阵列由水面自组装光刻技术制造，并由一个大的三角形阵列的700纳米直径的磁盘。每个数组的特征在于不同的排序程度。铁磁共振谱中存在两种模式：一种是大振幅的“基”模，另一种是在较高磁场下的低振幅模。在一个非常有序的阵列中的谐振场的角度依赖性被发现是可以忽略不计的两种模式。共振频率与外加磁场之间的关系被发现与阵列无序无关。线宽被发现增加与增加阵列无序。
2010-07-02 cond-mat.mes-hall
An observable effect of spin inertia in slow magneto-dynamics: Increase of the switching error rates in nanoscale ferromagnets
Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程用于模拟铁磁体中的磁动力学，默认地假设当导致旋进的真实或有效磁场关闭时，与自旋旋进相关的角动量可以瞬时松弛。这种忽略“自旋惯性”的做法是不符合物理规律的，而且违反了能量守恒定律。最近，对LLG方程进行了修改，以考虑惯性效应。然而，人们的共识似乎是，这种效应在慢磁动力学中并不重要，慢磁动力学发生在比角动量的弛豫时间长得多的时间尺度上，在铁磁体中，角动量的弛豫时间通常为几fs到大约100 ps。在这里，我们表明，至少有一个非常严重的和可观察到的自旋惯性效应，即使在缓慢的磁动力学。它涉及到开关错误概率与翻转磁化的纳米级铁磁体与外部代理，如磁场。当场强接近开关阈值时，开关可能需要~ns才能完成，这比角动量弛豫时间要长得多，但自旋惯性的影响在开关误差概率中也能感受到。这是因为，当由于自旋惯性引起的章动动力学占主导地位时，切换轨迹的最终命运，即它是否导致成功或失败，受到切换动作的前几个ps中发生的事情的影响。自旋惯性增加了错误概率，这使得切换更容易出错。这具有重要的技术意义，因为它关系到磁逻辑和存储器的可靠性。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Field-free spin-orbit torque switching through domain wall motion
在铁磁层被磁化的重过渡金属/铁磁金属/氧化物磁性异质结构中的磁化的确定性电流诱导自旋轨道转矩（SOT）切换通常需要外部施加的面内场来打破切换对称性。我们表明，通过插入一个面内磁化的铁磁层CoFeB下面的传统的W/CoFeB/MgO SOT异质结构，确定性的SOT开关的非均匀磁化的顶部CoFeB层可以实现，而不需要在面内偏置场。Kerr成像研究进一步揭示了所观察到的开关主要由畴成核和畴壁运动主导，这可能限制了将这种类型的多层堆叠设计用于纳米SOT-MRAM应用的潜力。实验开关行为与微磁模拟的比较表明，在我们的设备中的确定性开关不能解释的杂散场贡献的面内磁化层，和粗糙度引起的Néel耦合效应可能发挥更重要的作用，在实现所观察到的无场确定性开关。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical condition for switching the magnetization in a perpendicularly magnetized ferromagnet via the spin Hall effect
推导了利用自旋霍尔效应实现铁磁体垂直磁化切换的阈值电流的理论公式。的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，磁化切换时实现的电流的存在下的磁化的稳态解是一个能量不稳定的区域之外。在此基础上，通过对不稳定态的一阶微扰的分析，建立了阈值电流的解析理论。该解析式阐明了施加在电流方向上的磁场的大小应大于垂直磁各向异性场的15%，且电流小于导出的阈值。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent nucleation and propagation of domain walls in a sub-100 nm perpendicularly magnetized Co/Ni multilayer
本文研究了Co/Ni基垂直磁化自旋阀中开关场的温度依赖性。虽然在环境温度下的全垂直Co/Ni自旋阀的磁化反转通常由电阻的单个急剧阶跃变化来标记，但低温测量可以揭示一系列电阻阶跃，与非均匀磁化配置一致。我们提出了一个模型，由域成核，传播和湮灭来解释的温度依赖性的开关字段。有趣的是，低温（<30 K）阶跃变化的电阻，我们与域成核，有一个双峰开关场和电阻阶跃分布，归因于两个竞争的成核途径。
2013-11-02 cond-mat.mes-hall
Coherent spin-transfer precession switching in orthogonal spin-torque devices
我们目前的实验结果和宏观自旋模拟的正交自旋转移器件的开关特性，将平面外磁化极化层和平面内磁化自旋阀器件在低温下。在$T=4$ K，我们证明：高速确定性开关在短脉冲长度-下降到100 ps -与足够的测量统计数据，以建立一个切换错误率的$10^{-5}$ ;相干进动开关在较长的时间;和合奏退相干效应在更长的时间。有限温度宏自旋模型捕获的进动开关以及，但未能完全再现所有的退相干和开关错误的行为。
2017-11-28 cond-mat.mes-hall
Reversal-mechanism of in-plane current induced perpendicular switching in a single ferromagnetic layer
我们提出了一个磁化反转模型来解释由面内电流引起的单个铁磁层的垂直开关。相反，以前提出的反转机制，这种磁开关是直接从Rashba或自旋霍尔效应，我们建议，这种类型的开关产生的电流诱导的手征依赖的畴壁运动。通过测量场相关的开关行为，我们表明，这种开关也可以实现任何两个多畴态之间，所有这些开关行为可以很好地解释这个模型。该模型表明，在这种结构中的自旋霍尔角可能被高估，也预测类似的开关行为在其他铁磁结构的手征畴壁或skyrmions。
2014-09-12 cond-mat.mes-hall
Domain Nucleation and Annihilation in Uniformly Magnetized State under Current Pulses in Narrow Ferromagnetic Wires
我们利用洛伦兹显微镜和电子全息术研究了坡莫合金细线中电流驱动的磁化动力学。电流脉冲被发现在居里温度以下的均匀磁化状态下改变磁结构。以低概率随机获得包括反转磁畴在内的各种磁状态。在大多数观测到的磁态中发现的涡旋动力学似乎在触发磁化反转中起着关键作用。
2006-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Correlation-mediated processes for electron-induced switching between Neel states of Fe anti-ferromagnetic chains
在吸附的反铁磁Fe链中的两个准稳定Neel状态之间的受控切换最近已由Loth等人[Science 335，196（2012）]实现。为了使他们的数据合理化，我们评估了隧道电子诱导的Néel状态之间的切换速率。良好的协议，发现与实验允许我们确定三个开关机制：（一）低偏置直接电子诱导的转变，（二）中间偏置开关通过自旋波样激发，和（三）高偏置域壁形成介导的转变。反铁磁链中的自旋关联是导致显著的链尺寸依赖性的开关驱动力。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall
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
Controllable nonreciprocal optical response and handedness-switching in magnetized spin orbit coupled graphene
从低能有效哈密顿模型出发，理论计算了具有Rashba自旋轨道耦合（SOC）的磁化石墨烯层的动态光学电导率和介电常数张量.我们的结果揭示了横向霍尔电导率与通常的非互易纵向电导率。进一步的分析表明，对于中间磁化强度，磁化强度和SOC的相对幅度可以通过实验确定的两个分离的峰值在动态光学响应（纵向和横向分量）作为光子频率的函数。此外，频率依赖的介电常数张量得到了广泛的化学势和磁化强度。采用实验现实的参数值，我们计算的圆二色性的磁化自旋轨道耦合石墨烯和介电绝缘体层组成的代表性设备，由金属板支持。结果表明，该器件对右旋和左旋圆偏振电磁波具有不同的相对吸收率。据发现，磁化的自旋轨道耦合的石墨烯支持强大的旋向性开关，有效地控制通过改变化学势和磁化强度相对于SOC强度。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Enhancement of dynamical coupling in artificial spin-ice systems by incorporating perpendicularly magnetized ferromagnetic matrix
本文通过数值模拟研究了置于垂直磁化铁磁基体中的方形人工自旋冰系统，发现界面交换作用与偶极耦合共同导致强磁振子-磁振子耦合，且顶点磁化重构可使耦合强度增强近40%，为可重构磁振子学应用提供了新途径。
2024-11-22 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque switching of perpendicular magnetization in ferromagnetic trilayers
在铁磁三层中，自旋-轨道诱导的自旋电流可以具有自旋极化，其方向偏离自旋霍尔效应的方向。最近，铁磁三层膜中的磁化翻转被提出并被实验证实。在这项工作中，我们从理论上和数值上研究了铁磁三层中垂直磁化翻转所需的翻转电流。我们证实，倾斜的自旋极化，使场自由确定性开关在较低的电流比传统的自旋轨道扭矩或自旋转移扭矩开关，提供了一种可能性，高密度和低功率的自旋轨道扭矩设备。此外，我们提供了一个任意的自旋极化方向的开关电流的解析表达式，这将是有用的设计自旋-轨道扭矩设备和解释自旋-轨道扭矩开关实验。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit field switching of magnetization in ferromagnetic films with perpendicular anisotropy
作为传统磁场的替代方案，本文提出了一种基于空间反转非对称平面内巡游电子通过s-d交换相互作用所经历的Rashba场的有效自旋轨道场来控制磁化强度的方法.在具有垂直磁晶各向异性的铁磁薄膜中，利用电流感生的自旋轨道场，在面内施加很小的磁场即可实现磁化翻转。由短至10 ps的电流脉冲诱导的自旋轨道场可以有效地引发超快磁化翻转，具有实验上可实现的电流密度。整个开关过程在100 ps左右完成。
2012-06-07 cond-mat.mes-hall
Efficient Generation of Second-Harmonic Propagating Spin Waves in a Thin, Out-of-Plane-Magnetized Ferromagnetic Film
本研究提出混合铁磁纳米结构，通过磁子纳米腔的二次谐波高效激发短波长高频传播自旋波，转换效率非线性增长且频率可调，为片上自旋波源提供紧凑方案。
2025-09-09 cond-mat.mes-hall
Single shot ultrafast all optical magnetization switching of ferromagnetic Co/Pt multilayers
在最近的一些实验中，已经表明飞秒激光脉冲可以在皮秒时间尺度上控制磁化，这与传统的磁化动力学相比至少快一个数量级。在这些演示中，一种材料系统（GdFeCo铁磁膜）是特别有趣的，因为确定性的切换开关的磁顺序已经实现，而不需要任何对称性破缺磁场。这种现象通常被称为全光开关（AOS）。然而，到目前为止，GdFeCo仍然是唯一的材料系统，这种确定性开关已被观察到。当扩展到在许多技术应用中更感兴趣的铁磁系统时，只能实现部分效果，这反过来又需要重复的激光脉冲来实现完全切换。然而，这种重复的脉冲不仅消耗能量，而且还否定了AOS的速度优势。基于这一问题，我们发展了一种实现单次、皮秒量级、全光开关的铁磁材料的通用方法。我们证明，在交换耦合层的Co/Pt和GdFeCo，Single Shot，切换的铁磁Co/Pt层的飞秒激光脉冲照射后7皮秒内实现。我们相信，这种方法将大大扩展超快磁开关的材料和应用范围。
2017-07-30 cond-mat.mes-hall
Size-dependence of nanosecond-scale spin-torque switching in perpendicularly magnetized tunnel junctions
我们的时间分辨的自旋转移力矩诱导开关在垂直磁化隧道结的直径从50到250 nm的热激活制度。当磁场和自旋矩同时有利于P到AP的转变时，反转产生单调的电阻斜坡，可以解释为畴壁以17到30 nm/ns的速度通过器件传播;较小的单元因此切换得更快。当电场阻碍P到AP的转换时，在转换之前会进行重复的转换尝试，在此期间电阻会瞬时增加，直到发生成功的反转。在50 nm处，P到AP切换在3 ns内可再现地进行，器件电阻单调增加。在反向转换（AP到P）中，即使在最小的结中也可能有几条反向路径。此外，在纳米尺度下，响应的不均匀性似乎仍然存在，有时在反转期间具有强烈无序的电特征。在100 nm以上的器件中，AP到P的转变之前是AP状态的强不稳定性。在切换到P之前，电阻变得非常激动，在产生具有可变性的电导的缓慢（20-50 ns）不规则增加的路径中。60 nm的未反转气泡可以在最大的结中持续几微秒。AP到P切换的复杂性降低，但不抑制当结的尺寸缩小到60 nm以下。初始AP状态的不稳定性不再被检测到，但其他特征仍然存在。在最小的结（50 nm），我们偶尔会观察到更快（低于1 ns）的开关事件。我们讨论了开关的不对称性和其大小的依赖关系的起源，重点是从参考层，这会影响成核是有利的区域中发出的杂散场的非均匀性的作用。
2016-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Model for multi-shot all-thermal all-optical switching in ferromagnets
全光磁开关（AOS）是近年来发现的一种丰富而又令人困惑的现象，具有广阔的技术应用前景。然而，对基本机制的基本理解仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个新的模型，多拍摄螺旋度依赖的AOS在铁磁材料的基础上，在磁圆二色性（MCD）的存在下，一个纯粹的热驱动机制。我们预测，AOS应该是可能的，只要0.5%的MCD，在最低数量的激光照射后。最后，我们通过模拟激光束在FePtC颗粒铁磁薄膜上的扫描，再现了以前的AOS结果。
2016-04-21 cond-mat.mes-hall
Spin Gain Transistor in Ferromagnetic Semiconductors: the Semiconductor Bloch Equations Approach
提出了自旋增益晶体管的工作原理和方案：大的未磁化电流产生足够的铁磁转变的密度;小的磁化电流引发自发磁化;大的磁化电流被提取。因此，预计自旋增益将超过1000。用半导体布洛赫方程描述了库仑交换作用下自旋的集体动力学。
2003-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Bipolar switching in an orthogonal spin transfer spin valve device
我们展示了在平面磁化自旋阀器件，包括一个垂直磁化自旋极化层的电流诱导双极开关。此外，再次对于两个电流极性，在高电流下发生到具有中间电阻的状态的滞后转变。这些转变被证明是一致的宏观自旋模型，认为是相对于自由层平面倾斜的自旋极化电流，由于存在的自旋转移扭矩从极化层。这些独特的开关特性，其起源于非共线层磁化，是磁随机存取存储器和自旋扭矩振荡器设备的兴趣。
2014-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Subnanosecond switching of local spin-exchange coupled to ferromagnets
嵌入在铁磁接触之间的隧道结中的单个自旋的动力学强烈地受到与隧穿电子的交换耦合的影响。利用自旋极化隧穿电流影响下自旋的含时运动方程，证明了由偏置电压脉冲引起的磁场允许局部自旋的亚纳秒级切换，并说明了自旋反转的可能性.此外，它示出的时间演化的拉莫尔频率尖锐的峰值附近的自旋翻转事件，它被认为是可以被用来作为一个指标的自旋翻转。
2008-05-16 cond-mat.mes-hall
Switching of Co magnetization driven by antiferromagnetic-ferromagnetic phase transition of FeRh alloy in Co/FeRh bilayers
研究表明，在W（110）衬底上生长的Co/FeRh外延双层膜中，当FeRh层经历温度驱动的反铁磁-铁磁（AFM-FM）相变时，Co自旋在两个正交的面内方向之间可逆地切换. Co磁化的切换的特征在于由于在FeRh中AFM-FM转变的温度滞后的滞后行为。在AFM-FM过程中，Co的自旋重取向是由界面交换耦合到FeRh系统的演化驱动的。我们的研究结果提供了一种纯粹通过局部温度变化写入信息的新方法。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall
Electric-field control of spin-orbit torques in perpendicularly magnetized W/CoFeB/MgO films
通过电场控制磁性为设计未来几代节能信息技术提供了非常有吸引力的前景。在这里，我们证明了在薄的垂直磁化CoFeB薄膜的电流诱导的自旋轨道转矩的大小可以调整，甚至增加由电场产生的压电应变。使用理论计算，我们发现，自旋轨道耦合，晶体对称性和轨道极化的微妙的相互作用是在所观察到的自旋轨道扭矩的应变依赖性的核心。我们的研究结果开辟了一条道路，整合两个能源效率的自旋操纵方法，电场诱导的应变和电流诱导的磁化切换，从而使新的设备概念。
2020-02-16 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
Symmetry-breaking effects on spin-orbit torque switching in ferromagnetic semiconductors with perpendicular magnetic anisotropy
本研究通过微磁模拟探究对称性破缺对垂直磁各向异性铁磁半导体中自旋轨道矩翻转的影响，揭示偏置场失准的扭曲效应及多种内禀因素可实现无场SOT翻转，为相关实验解释和自旋电子学发展提供支撑。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall
Coulomb blockade-tuned indirect exchange in ferromagnetic nanostructures
我们发展了一个铁磁-绝缘体-正常金属铁磁（FINF）纳米结构的磁态可逆开关的理论。通过调节正常金属颗粒上的栅极电压调节库仑阻塞强度来控制开关。所提出的机制允许在不使耗散电流通过结构的情况下实现切换。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall
Homodyne-detected ferromagnetic resonance of in-plane magnetized nano-contacts: composite spin wave resonances and their excitation mechanism
这项工作提供了一个详细的调查测量的平面内场扫描的零差检测铁磁共振（FMR）光谱的扩展的Co/Cu/NiFe伪自旋阀堆栈使用纳米接触（NC）的几何形状。磁动力学产生的脉冲调制的微波电流和由此产生的整流直流混频电压，出现在整个NC在谐振，检测使用锁定放大器。最值得注意的是，我们发现，所测得的光谱的NiFe层是复合的性质和高度不对称的，与宽带激发的多个模式。此外，数据必须与两个洛伦兹函数拟合，以提取NiFe的吉尔伯特阻尼的合理值。借助于微磁模拟，我们得出结论：（i）对于面内场，在NC附近的rf奥斯特场在产生观察到的光谱中起主导作用，（ii）除了FMR模式，还产生交换主导的自旋波，和（iii）NC直径设置交换主导的自旋波的平均波矢量，与色散关系很好地吻合。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall
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
Electric-field Controlled Magnetization Switching in Co/Pt thin-Film Ferromagnets
研究了具有垂直磁各向异性的铁磁Co/Pt薄膜在室温下的动态可逆压控磁化反转。在15 nm的相对厚的膜中观察到系统的磁性质的变化。通过在金属薄膜和非水锂LiClO 4电解质之间形成电化学双层来诱导表面电荷以操纵磁性。通过施加外部电场而发生的磁性变化。随着负电压的增加，磁化率和切换磁场减小，从而激活磁化切换。设想的结果，导致更快和超低功率的磁化切换相比，自旋转移力矩（STT）开关自旋电子器件。
2015-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A novel design to realize deterministic switching of perpendicularly magnetic layers by spin orbital torque through antiferromagnetic coupling
本文提出了一种利用自旋霍尔效应产生的自旋轨道矩实现垂直磁化层（本工作中为Co）的确定性开关的新颖而简单的多层结构。引入被钉扎层，其反铁磁耦合到磁性Co层。通过微磁学模拟，我们从开关回路、轨道和周期性自旋电流下的开关特性等方面证实了垂直磁化层的确定性开关。反铁磁相互作用占的确定性开关的结构和反转的磁性层的最终状态是可预测的，当所施加的自旋电流密度为60 MA/cm 2以上。在我们的设计中，反铁磁耦合是很容易调谐，不需要外部磁场。
2017-05-05 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Scaling the electrical current switching of exchange bias in fully-epitaxial antiferromagnet/ferromagnet bilayers
虽然反铁磁体（AFM）的电流操纵已经被证明，但研究AFM材料的程度受到限制，系统的实验很少，而且理解不深。我们比较了在AFM-Mn $_3A$ N/铁磁-Co $_3$ FeN双层膜中交换偏置场（$H_{ex}$）的电流开关。施加的脉冲电流可以相对于电流密度和FM层磁化来操纵$H_{ex}$，FM层磁化作为电流密度的函数以指数方式移位。我们发现，饱和电流密度和指数衰减常数$τ$与原子力显微镜Mn原子的本地矩增加。我们的研究结果突出了电流开关的$H_{ex}$，虽然它有一个近零的净磁化的AFM局部矩的效果，并可能提供一个简便的方法来探索电流操纵的AFM材料。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall
Thermal noise effects on the magnetization switching of a ferromagnetic anomalous Josephson junction
讨论了热噪声对具有自旋轨道耦合和面外磁化的横向铁磁约瑟夫森结磁响应的影响。铁磁层中的磁矩的方向可以通过使用受控电流脉冲来反转。这种现象是由于耦合流动的充电电流和铁磁体的磁化的磁电效应。我们研究了磁化反转效应与铁磁体的内禀参数，如吉尔伯特阻尼和自旋轨道耦合强度的关系。我们估计的磁化反转时间，并找到快速开关的参数的最佳值。以提高工作温度为目的，我们研究了热涨落对平均稳态磁化强度的影响，并找到了使系统对噪声更具鲁棒性的条件。
2020-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Magnetization reversal driven by low dimensional chaos in a nanoscale ferromagnet
高能效的磁化切换是非易失性磁存储和磁神经形态计算的核心问题。在过去的二十年里，几种有效的磁开关方法被证明是包括自旋力矩，磁电和微波辅助开关机制。在这里，我们报告了一个新的机制，引起磁开关的发现。我们的实验结果表明，低维磁混沌诱导的交变自旋力矩可以大大增加在纳米铁磁体的热激活磁开关的速率。这种机制在自旋力矩幅度上表现出明显的阈值特性，其效率随着自旋力矩频率的降低而增加。我们提出的分析和数值计算，定量地解释这些实验结果，并揭示了鞍平衡附近的低维磁混沌在提高开关率所发挥的关键作用。我们的工作揭示了在磁纳米系统的能量辅助切换中混沌和随机性之间的重要相互作用，并为提高自旋扭矩存储器和逻辑的能量效率铺平了道路。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall
Current-induced switching in single ferromagnetic layer nanopillar junctions
在室温和垂直于薄膜平面的低磁场作用下，对非对称Cu/Co/Cu单层磁性纳米柱的电流感生磁化动力学进行了实验研究.在使用纳米模板工艺产生的亚100 nm结中，观察到具有两个不同电阻值的半导体状态。在固定的应用领域的电流扫描揭示这两个电阻状态之间的滞后和突然的转变。电流引起的电阻变化为0.5%，比各向异性磁阻（AMR）效应大5倍。我们提出了一个实验获得的低场相图的电流感生磁化动力学在单铁磁层柱结。
2005-11-07 cond-mat.mes-hall
Respective influence of in-plane and out-of-plane spin-transfer torques in magnetization switching of perpendicular magnetic tunnel junctions
利用带STT项的Landau-Lifshitz（LL）变换方程，理论分析了面内（类阻尼）和面外（类场）自旋转移矩在面外磁化磁性隧道结（pMTJ）磁化翻转中的相对贡献.它表明，在pMTJ结构服从宏自旋动力学，面外扭矩的影响的进动频率，但它并没有显着的STT开关过程（特别是开关时间和开关电流密度），这主要是由面内STT的贡献。这一结论证实了有限的温度和有限的写入脉冲宏自旋模拟的电流场开关图。它与STT开关的情况下，在平面磁化MTJ中的类场项也影响开关临界电流。这种理论分析被成功地应用到解释的电压场STT开关图实验测量的垂直MTJ柱直径36 nm，表现出类宏自旋行为。讨论了在STT诱导动力学中Landau和Gilbert耗散项的物理不等价性。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall
Switching current distributions in ferromagnetic anomalous Josephson junctions
本研究通过分析铁磁反常约瑟夫森结在偏置电流下的开关电流分布，发现其与自旋轨道耦合及吉尔伯特阻尼参数相关，可用于实验测量参数，并促进量子计算应用。
2023-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Micromagnetic study of a spin-torque oscillator based on a magnetic nano-contact magnetized at an arbitrary angle
通过微磁学模拟，研究了外加偏置磁场从面内取向旋转到面间取向时，自旋极化直流电在基于磁性纳米接触的自旋力矩自动振荡器中激发的自旋波模的性质.在定性协议与弱非线性分析理论，它被发现，在一定的临界角，突然切换从自局域非线性“子弹”模式的传播准线性Slonczewski模式发生，并伴随着向上跳跃产生的微波频率。有人，还发现，分析理论高估了临界磁化角的大小，对应于模式切换，并且模式切换所引起的频率跳变的大小与纳米接触半径成反比。
2008-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Highly-Tunable Coercivity and Highly-Efficient Nonvolatile Multi-States Magnetization Switching by Small Current in Single 2D Ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$
本文通过二维铁磁体Fe$_3$GaTe$_2$在室温下实现了高度可调矫顽力与低功耗非易失性多态磁化翻转，为低功耗二维自旋电子学应用开辟了新途径。
2023-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Switching of Moiré Chern Ferromagnet
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Nanjing Tech University（南京工业大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université Côte d’Azûr（蔚蓝海岸大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Center for Quantum Technologies（量子技术中心）；Quantum Science and Engineering Center (QSec)（量子科学与工程中心）
该研究通过圆偏振光实现莫尔陈数铁磁体的高效光学操控，展示了磁双态循环和铁磁域壁书写，为无耗散自旋电子学和量化陈数接头器件的发展提供了新途径。
2025-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Off-resonant all-optical switching dynamics in a ferromagnetic model system
从理论上研究了非共振偏振光场对铁磁模型系统的影响。我们确定的光诱导动力学的巡回运营商在一个系统，其中包括在平均场水平的磁性和自旋轨道耦合。我们研究了铁磁体的全光开关过程，这与Qaiumzadeh等人[Phys.Rev.B88，064416]提出的逆法拉第效应接近。通过计算光驱动的相干动力学与非相干散射机制，我们超越了光场的功率微扰展开。我们发现一个重要的贡献的动态斯塔克效应耦合的拉曼类型之间的磁性带，这导致了极化依赖的磁化，可能支持或反对切换的影响，但也有助于通过增加电子能量退磁。
2018-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current driven switching of magnetic layers
研究了自旋电流作用下铁磁金属/非磁金属/铁磁金属自旋阀中磁性层的开关现象。我们发现，主要贡献的开关来自铁磁层之间的非平衡交换相互作用。这种相互作用定义了具有最小能量的层的磁配置，并建立了临界开关电流的阈值。取决于临界电流的方向，相互作用改变符号，并且给定的磁配置变得不稳定。为了模拟开关过程的时间依赖性，我们推导出一组耦合的Landau-Lifshitz方程的铁磁层。非平衡交换耦合中的高阶项允许系统演化到其稳态构型。
2000-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimal control of magnetization dynamics in ferromagnetic heterostructures by spin--polarized currents
研究了自旋极化电流通过自旋转移矩对铁磁-正常金属多层膜系统磁化强度的开关过程。我们使用自旋漂移扩散方程（SDDE）和Landau-Lifshitz-Gilbert方程（LLGE）来捕获异质结构的自旋密度和磁化强度的耦合动力学。推导出一个完全解析解的静态SDDE，我们得到一个准确的，强大的，快速的自洽模型的自旋分布和自旋转移力矩内一般铁磁/正常金属异质结构。利用最优控制理论，我们探讨了七层系统中分析器磁化的切换和反向切换过程。从高斯开始，我们确定了一个统一的电流脉冲轮廓，在指定的开关时间内完成这两个过程。
2010-10-06 cond-mat.mes-hall
Micromagnetic instabilities in spin-transfer switching of perpendicular magnetic tunnel junctions
微磁不稳定性和非均匀磁化状态在纳米尺度磁性元件的自旋转移感应开关中起着重要作用。在这里，我们在垂直磁化的磁性隧道结纳米柱模型畴壁介导的开关动力学。我们发现，畴壁表面张力总是导致磁化振荡和不稳定性与磁盘形状的结。一个集体坐标模型的开发，捕捉这些不稳定性的方面，并说明其物理起源。模型结果进行了比较，微磁模拟。的切换动力学被发现是非常敏感的畴壁的位置和相位，其特征在于在磁盘平面的磁化的角度。这种灵敏度在存在自旋力矩的情况下降低，并且移位畴壁所需的自旋电流可以远小于用于从均匀磁化状态切换的阈值电流。该模型的预测是开关过程中频率增加的电导振荡。
2020-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Emission of electromagnetic radiation due to spin-flip transitions in a ferromagnet
该论文理论分析了铁磁体中自旋翻转跃迁产生电磁波的可能性，研究了四种机制并估算跃迁概率、辐射功率和阈值电流。
2021-04-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Current dependence of spin torque switching rate based on Fokker-Planck approach
通过求解Fokker-Planck方程，导出了面内磁化系统在外加场作用下的自旋矩开关率。据发现，三个缩放电流是必要的，以描述在低电流限制的开关速率的电流依赖性。这些缩放电流上施加的电场强度的依赖关系也进行了研究。
2014-01-09 cond-mat.mes-hall
