Switching magnetization of nano-scale ferromagnetic particle using non-local spin injection
我们已经进行了非局域自旋注入到纳米尺度的铁磁粒子配置在横向自旋阀结构，仅通过自旋电流切换其磁化。非局域自旋注入使粒子的磁化与自旋注入器的磁化平行。根据实验估计，用于切换的负自旋电流约为200 $μ$ A，与传统柱结构获得的值相比，这是合理的。有趣的是，切换总是发生从反平行到平行的粒子/注入器的磁配置，而没有观察到相反的切换。这种差异的可能原因进行了讨论。
2005-08-23 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
Current induced magnetization switching in magnetic tunnel junctions
考虑到电子-电子相互作用的影响，提出了一种不同于自旋积累图象的磁隧道结电流感生磁化翻转的新机制.我们发现，在隧道结构中的增强自旋开关效应的可能性，相对于电流归一化时，是远远大于在多层膜。最近的一些实验结果为目前的情况提供了证据。
2002-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the perpendicular magnetic anisotropy, spin Hall switching current density and domain wall velocity by submonolayer insertion in Ta / CoFeB / MgO heterostructures
通过在Ta / CoFeB / MgO / Ta异质结构中亚单层插入Au、Pt或Pd，我们调整了铁磁层的垂直磁各向异性和矫顽场。我们表明，这有一个重大的影响自旋霍尔开关电流密度和它的依赖于外部磁场。尽管$θ_\mathrm{SH} \approx -0.07$的有效自旋霍尔角相当小，但我们获得了低至$2 \times 10^{10}$ A/m $^2$的开关电流密度。我们发现，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用参数$D$减少与Au或Pd中间层，和垂直各向异性场减少了一个数量级与Pd中间层。用畴壁形核和扩展模型定量地解释了开关电流密度与电流脉冲宽度的关系。因此，界面工程被认为是一个合适的路线，以定制的电流感应磁化开关特性的磁性异质结构。
2017-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of ultrafast magnetization switching dynamics in exchange-coupled ferromagnet-ferrimagnet heterostructures
本文利用改进的微观三温度模型模拟交换耦合铁磁体–亚铁磁体异质结构的元素分辨全光磁化翻转，揭示材料成分、居里温度、RKKY耦合和光能对翻转阈值与时间的影响。
2023-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Current driven asymmetric magnetization switching in perpendicularly magnetized CoFeB/MgO heterostructures
由于体效应和界面效应，面内电流通过双磁性异质结构可以引起磁化翻转或畴壁成核。在磁性层内，电流可以通过自旋转移力矩（STT）产生磁不稳定性。在界面处，由相邻层中的自旋霍尔效应产生的自旋电流可以对磁矩施加转矩，称为自旋霍尔转矩。在这里，我们研究了电流感应磁化翻转垂直磁化CoFeB/MgO异质结构与重金属（HM）底层。根据HM底层的厚度，我们发现在阈值开关电流的面内场依赖性的明显差异。STT很可能是负责较薄的底层膜的磁化反转，而自旋霍尔转矩导致较厚的底层膜的切换。对于后者，我们发现在开关电流的正，负电流和初始磁化方向的差异。我们发现，在薄膜沉积过程中的生长过程中引入了一个各向异性，打破了系统的对称性，并导致非对称开关。这种对称性破坏各向异性的存在使得能够在零外部场下实现确定性磁化切换。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced in-plane magnetization switching in biaxial ferrimagnetic insulator
铁磁绝缘体（FiMI）广泛应用于微波、磁光器件以及自旋热电子学中，其磁化方向对器件性能起着重要作用。通常通过施加外部磁场来切换磁化。在这里，我们研究了电流诱导的自旋轨道转矩（SOT）开关的磁化在Y3 Fe 5 O 12（YIG）/Pt双层膜与面内磁各向异性，其中开关检测自旋霍尔磁阻。在室温下，当阈值电流密度为10^7 A·cm^-2时，可以发现可逆开关。反平行和不等磁矩的YIG亚晶格与电流脉冲方向平行或反平行排列，这与反铁磁系统中的Neel序反转相一致。有人提出，这样的开关行为可能是触发的反阻尼力矩作用在两个反平行的子晶格的FiMI。这一发现不仅拓宽了电学磁化翻转的研究领域，促进了人们对磁化翻转的理解，而且为实现低功耗的全电调制微波器件和自旋热电子学奠定了基础。
2020-06-18 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
Voltage-driven charge-mediated fast 180 degree magnetization switching in nanoheterostructure at room temperature
电压驱动的180 $^\circ$磁化切换没有电流提供了革命性的自旋电子学的可能性。通过结合第一性原理计算和温度相关磁化动力学模拟，我们证明了室温下电压驱动电荷介导的180 $^\circ$磁化翻转。发现电场（$E$）诱导的界面电荷允许纳米磁体的磁各向异性（$K$）的巨大调制。特别是$K$被揭示为相对于$E$和外延应变线性变化。使用如此获得的$K$的磁化动力学模拟表明，平面内和垂直180 $^\circ$开关可以通过$E$脉冲来实现。温度效应使180 $^\circ$切换成为概率事件。统计分析表明，通过控制$E$的幅度和脉冲宽度，可以在室温下实现快速（约4 ns）和低错误概率的180 $^\circ$切换。该研究为合理设计受热涨落影响较大的小型化纳米自旋电子器件提供了理论依据。
2017-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Minimal field requirement in precessional magnetization switching
利用Landau-Lifshitz-Gilbert方程研究了欠临界阻尼系统中旋进磁化翻转的最小场强。结果表明，岁差开关发生时，在相空间中的本地化的轨迹变得非本地化后，施加场脉冲。通过研究相空间的演化，得到了双轴各向异性磁性物体在小阻尼极限下临界翻转场的解析表达式。我们还计算了零阻尼情况下的开关时间。我们表明，沿介质轴施加场是好的小场和快速开关时间。
2004-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of spin-polarized current-driven magnetization switching
从局域磁矩的交换相互作用和传导电子的自旋积累两个方面研究了电流驱动下磁性多层膜的磁化翻转机制。研究发现，这种交换作用导致了Landau-Lifshitz-Gilbert方程中的两个附加项：有效场和自旋矩。这两项都与横向自旋积累成比例，并且具有相当的量值。
2002-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Quasistatic and Pulsed Current-Induced Switching with Spin-Orbit Torques in Ultrathin Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy
自旋-轨道相互作用产生的自旋力矩提供了一种利用在层的平面中流动的电流来反转垂直磁化的双折射膜的磁化的手段。应用中的一个基本和关键问题是纳秒电流脉冲开关的速度和效率。在这里，我们调查和对比准静态（慢扫电流）和脉冲电流感应开关特性的微米级霍尔十字组成的非常薄的（$<1$ nm）垂直磁化CoFeB层$β$ -Ta。虽然在准静态情况下在阈值电流密度下发现完全磁化反转，但短持续时间（$\leq 10$ ns）较大幅度脉冲（$\simeq 10 \times$准静态阈值电流）仅导致部分磁化反转和畴形成。我们将部分反转与脉冲期间反转畴扩展的有限时间相关联。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Strain-controlled nonvolatile magnetization switching
我们研究了不同的方法对一个非易失性开关的rexiston磁化在单晶铁磁体在室温下通过弹性应变使用铁磁薄膜/压电致动器的混合体。压电致动器沿铁磁薄膜的不同晶向诱导电压可控应变，从而通过逆磁弹性效应导致其磁化的修改。我们通过铁磁共振光谱和超导量子干涉仪磁强计量化的磁化强度的变化的混合。这些测量结果表明一个显着的应变引起的磁化强度的变化，有限的一个低效的应变转移和域形成在特定的系统研究。为了克服这些障碍，我们解决切实可行的工程概念，并使用一个模型来证明，应变控制，非易失性磁化切换应该是可能的，在适当的工程铁磁/压电致动器混合。
2013-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Universal criteria for single femtosecond pulse ultrafast magnetization switching in ferrimagnets
单脉冲开关已经在亚铁磁GdFeCo和Mn $_2$ Ru $_x$ Ga合金中实验证明。由于缺乏精确描述飞秒激光光激发引起的非平衡反转路径的理论，因此对单脉冲开关的完整理解缺失。在这项工作中，我们提出了一般宏观理论的亚铁磁材料的磁化动力学飞秒激光激发。我们的理论定量再现了实验中观察到的开关过程的所有阶段。我们直接比较我们的理论，GdFeCo和Mn $_2$ Ru $_x$ Ga合金的原子自旋动力学方法的计算机模拟。我们提供明确的表达式的磁化弛豫率的微观参数，使我们能够提出通用的标准切换亚铁磁体。
2022-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Interlayer Coupling on Current-Assisted Magnetization Switching in Nanopillars
我们发现，偶极场诱导的反铁磁耦合，或RKKY铁磁耦合，钴层之间可以强烈地影响低磁场开关行为的Co/Cu/Co纳米柱。而在低场电流辅助切换在未耦合的纳米柱总是滞后的，强耦合的任一种可以改变切换到非滞后（可逆）。这些差异可以理解与一个简单的图片电流辅助热激活的障碍。
2003-04-12 cond-mat.mtrl-sci
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
Micromagnetic study of electrical-field-assisted magnetization switching in MTJ devices
MgO基磁性隧道结是自旋转移矩（STT）磁阻存储器的最佳候选材料。然而，到目前为止，仅有的STT不足以实现低于106 A/cm 2的开关电流密度。最近的一项工作[王等人，自然之母，vol.11，pp 64-68，Jan.2012]已经实验性地证明了在超低电流密度下执行由电场辅助的磁化切换的可能性。从理论上讲，这种开关已被研究，只使用一个macrospin的方法。在这里，我们展示了一个完整的微磁学研究。我们发现，开关发生通过一个复杂的成核过程，包括磁涡旋的成核。
2015-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching by spin-orbit torque in an antiferromagnet/ferromagnet bilayer system
自旋轨道力矩（SOT）诱导的磁化翻转显示出实现超快和可靠的自旋电子器件的希望。通过SOT的垂直磁化的双极开关在与所施加的电流共线的面内磁场下实现。迄今为止研究的典型结构包括非磁性/铁磁性（NM/FM）双层，其中NM中的自旋霍尔效应负责开关。在这里，我们表明，反铁磁/铁磁（AFM/FM）双层系统也表现出SOT大到足以切换FM的磁化。在这个材料系统中，由于原子力显微镜的交换偏置效应，我们观察到开关下没有施加的电场，通过使用反铁磁PtMn和铁磁Co/Ni多层膜与垂直的易轴。此外，定制堆叠实现了类似忆阻器的行为，其中可以以模拟方式控制反向磁化的一部分。因此，AFM/FM系统是SOT设备的一个很有前途的构建模块，并提供了一个有吸引力的神经形态计算的途径。
2015-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Field-free perpendicular magnetization switching of low critical current density at room temperature in TaIrTe4/ferromagnet heterostructures
该研究在垂直磁化 TaIrTe4/Pt/Co/Pt 器件中，利用低对称二维 Weyl 半金属产生的 z 自旋极化电流，实现室温零磁场确定性翻转，临界电流密度低至约 2.64×10^5 A cm^-2。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Current-Induced Magnetization Switching in Permalloy-based Nanopillars with Cu, Ag, and Au
我们比较了室温（295 K）和4.2K下非磁性金属N = Cu、Ag和Au的坡莫合金/N/坡莫合金纳米柱在电流诱导磁化翻转（CIMS）过程中的磁阻（MR）和翻转电流（Is）。N-金属厚度保持固定在10 nm。不同N金属的MR和I_s的任何系统差异都是适度的，这表明Ag和Au代表了CIMS研究和更广泛使用的Cu的装置的潜在可行替代品。
2004-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Switching local magnetization by electric-field-induced domain wall motion
电场效应是一种低能耗的磁调控技术。在这里，我们表明，局部磁化的超薄Co膜可以切换，只需施加一个栅极电场，而无需任何外部磁场或电流的协助。局部磁化翻转的解释是通过由电场引起的畴壁运动的磁畴的成核和湮灭。我们的研究结果导致外场自由和超低能量自旋电子应用。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Current-Induced Magnetization Switching
我们总结了我们最近的研究结果如何在纳米磁性多层膜的电流驱动的磁化开关和磁阻的影响，通过改变非磁性间隔的自旋散射特性，磁性层的相对取向，和自旋相关的散射特性的接口和大部分的磁性层。我们展示了我们的数据是如何解释的电流依赖性的有效磁温度。
2004-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Extracting the intrinsic switching field distribution in perpendicular media: a comparative analysis
介绍了一种基于一阶反转曲线（FORC）图提取垂直记录介质（PRM）本征（微观）开关场分布（SFD）的新方法。为了证明该方法的可行性，我们用已知的SFD对PRM的FORC进行了微磁模拟，并将提取的SFD与通过两种不同的方法获得的SFD进行了比较，这两种方法是基于反冲回路的，但是也依赖于平均场近似和对SFD形状的假设。FORC方法在广泛的偶极相互作用强度范围内是最准确的算法，而其他方法高估了SFD的宽度。
2005-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Ground states and magnetization process for an triangular lattice array of magnetic dots with perpendicular anisotropy
我们分析了在外加磁场作用下，磁矩与晶格平面垂直的磁性粒子（磁点）组成的二维三角晶格的基态.在小磁场中，长程偶极-偶极相互作用导致特定的反铁磁序，其中六个最近邻粒子中的两个具有相同的磁化力矩方向，四个具有相反的磁化力矩方向。它示出的磁化过程中，在这样的阵列中的粒子，而不是矩形晶格的结果从磁化的拓扑缺陷（位错）的形状的磁畴壁的形成。
2012-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of the perpendicular magnetization switching in ferroelectric/ferrimagnet heterostructures
本研究通过操纵PZT/CoGd异质结构中电场驱动的极化，利用界面氧离子迁移调制Co/Gd亚晶格相对磁化，实现了亚铁磁体垂直净磁化的非易失性翻转，为低功耗自旋电子器件提供了新方法。
2024-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced magnetization switching in a chemically disordered A1 CoPt single layer
我们报告的第一个示范的电流诱导磁化翻转在垂直磁化的A1 CoPt单层。我们表明，良好的垂直磁各向异性可以在很宽的组成范围内的A1 Co 1-xPtx单层，这使得制造垂直磁化的CoPt单层的组成梯度，打破结构的反转对称性。通过制备梯度CoPt单层，我们评估了SOT效率，并成功地实现了SOT诱导的磁化翻转。我们的研究提供了一种在不附加SOT源材料的情况下，在铁磁单层中实现电流感生磁化的方法。
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Electrical switching of perpendicular magnetization in L10 FePt single layer
磁化的电气操纵对于将磁存储器和磁逻辑器件等磁功能集成到电子电路中至关重要。重金属/铁磁体（HM/FM）双层膜中的电流感生自旋轨道矩（SOT）通过HM中的自旋霍尔效应和/或界面处的Rashba效应提供了一种有效的方式来切换磁化。同时，电流感生SOT也被用于切换单层中的面内磁化，例如铁磁半导体（Ga，Mn）As和反铁磁金属CuMnAs，其具有全局或局部破缺的反转对称性。在这里，我们证明了电流感应垂直磁化翻转在L10 FePt单层。在L10 FePt中，电流感生的自旋轨道有效场随着化学有序参数（S）的增加而增加。在20 nm的FePt膜与高S，我们观察到一个大的电荷-自旋转换效率和开关电流密度低至7.0E6 A/cm 2。我们期望我们的研究结果可以激发块体垂直磁各向异性材料的自旋轨道转矩的探索和在单个FM层中高效的垂直磁化翻转的应用。
2018-07-22 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
Inplane spin orbit torque magnetization switching and its detection using the spin rectification effect at sub-GHz frequencies
使用自旋整流效应检测坡莫合金/铂双层膜的面内磁化反转。利用亚GHz微波频率在双层膜中激发自旋矩铁磁共振（STFMR），在0 mT的静态磁场周围产生两个离散的直流电压。这些离散电压取决于坡莫合金的磁化方向，并能够检测面内磁化反转。磁化反转的阈值电流密度为10至20 MA/cm ^2，与已知的面内磁化材料的自旋轨道扭矩（SOT）切换的数量级相同。信号的幅度与典型的ST FMR信号的幅度相同或更大;也就是说，磁化切换的检测是高度敏感的，尽管偏离最佳ST-FMR条件。所提出的方法是适用于一个简单的器件结构，即使是一个小的铁磁电极的宽度为100 nm。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low-power orbital-controlled magnetization switching using a ferromagnetic oxide interface
基于自旋的电子学的主要挑战是降低铁磁体的磁化切换的功耗，这是通过注入大的自旋极化电流来实现的。另一种方法是通过电场控制铁磁体的磁各向异性（MA）。然而，电压感应MA太弱，在没有辅助磁场的情况下无法确定性地切换磁化，并且实现该目标的策略仍然难以捉摸。在这里，我们展示了一个新的计划轨道控制的磁化翻转（OCMS）：一个急剧的变化，在MA诱导费米能级之间移动具有不同的轨道对称性的能带。使用铁磁氧化物界面，我们证明了OCMS可以用来实现确定性的和无磁场的90度磁化翻转，只需施加一个非常小的电场0.05 V/nm和一个可忽略不计的小电流密度10^-2 A/cm^2。我们的研究结果突出了带工程在铁磁材料中用于有效磁化控制的巨大潜力。
2019-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Two types of all-optical magnetization switching mechanisms using femtosecond laser pulses
在没有外部磁场的情况下的磁化操纵是一个非常感兴趣的话题，因为许多新的物理现象需要被理解，并且可以想象有前途的新应用。前沿实验表明，利用超短偏振激光脉冲可以改变磁性薄膜的磁化强度。2007年，人们首次观察到GdFeCo合金薄膜的磁化翻转是螺旋度相关的，后来在相同的材料上也证明了螺旋度无关的翻转。最近，全光开关也已被发现的磁性材料（亚铁磁，铁磁薄膜和颗粒状纳米结构），其中的理论模型解释GdFeCo薄膜开关似乎并不适用，从而质疑全光开关的微观起源的独特性。在这里，我们表明，可以区分两种不同的全光开关机制，“单脉冲”开关和“累积”开关过程，其丰富的微观起源进行了讨论。我们证明，后者是一个两步机制;热驱动的退磁，然后由螺旋度相关的再磁化。这是通过全电和时间依赖的调查亚铁磁和铁磁霍尔交叉通过异常霍尔效应的全光开关，使探测不同的时间尺度上的全光开关。
2016-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Separate magnetization switching of hexagonal Co/BN/Co junctions grown epitaxially on c-sapphire
采用分子束外延技术在c面Al_2 O_3衬底上生长了磁性隧道结（MTJ）。MTJ叠层由两个铁磁hcp-Co层组成，由薄的绝缘h-BN阻挡层隔开。样品已经生长在一个单一的运行揭示单晶外延结构与尖锐的界面，通过应用透射电子显微镜观察。面内磁化实验已经揭示了薄的顶部Co（软）层和厚的底部Co（硬）层的单独磁化切换。在零磁场下，两个Co层处于反平行状态。
2017-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Roles of heating and helicity in ultrafast all-optical magnetization switching in TbFeCo
利用时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）方法，在亚铁磁TbFeCo薄膜中观察到了螺旋度相关的全光磁化翻转（HD-AOS）。在单脉冲圆偏振激光作用下，热效应和光磁效应分别得到了证实。这种超快开关的整体演变的特点是在不同的时间尺度和定义的磁化反转时间为460 fs是有史以来最快的观察。结合热效应和逆法拉第效应（IFE），基于一个单一的宏观自旋模型的微磁模拟进行再现HD-AOS以下的线性反转机制。
2018-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Controlling magnetization reversal in Co/Pt nanostructures with perpendicular anisotropy
我们展示了一种简单的方法来定制Co/Pt多层膜的磁化反转机制，通过将它们沉积到具有各种纵横比的大面积纳米多孔阳极氧化铝（AAO）上，A =孔深度/直径。复合（Co/Pt）/AAO薄膜的磁化反转与大的A是由强畴壁钉扎逐渐转变为旋转为主的反转样品与较小的A，作为一个一阶反转曲线的方法结合分析的角度依赖的开关场的研究。磁化反转模式的变化归因于由AAO模板的纵横比引起的形貌变化。
2009-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Nonvolatile Static Random Access Memory (NV-SRAM) Using Magnetic Tunnel Junctions with Current-Induced Magnetization Switching Architecture
我们提出并计算分析了一种非易失性静态随机存取存储器（NV-SRAM）单元使用磁隧道结（MTJ）与磁场自由电流感应磁化开关（CIMS）架构。一对MTJ连接到具有CIMS架构的标准SRAM单元的存储节点，使得能够对非易失性逻辑信息进行完全电存储和恢复操作。所提出的NV-SRAM有望成为下一代功率门控逻辑系统的关键部件，具有极低的静态功耗。
2009-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Single-shot multi-level all-optical magnetization switching mediated by spin-polarized hot electron transport
在没有外加磁场辅助的情况下，磁性材料薄膜中的全光超快磁化翻转正在被探索用于未来的超快和节能的磁性存储和存储器。研究表明，飞秒光脉冲在多种磁性材料中引起磁化反转。然而，到目前为止，只有GdFeCo基亚铁磁薄膜通过单个光脉冲表现出磁化切换。在这里，我们证明了单脉冲开关的Co/Pt多层膜内的磁自旋阀结构（[Co/Pt] / Cu / GdFeCo），并进一步表明，四种可能的磁配置的自旋阀可以访问使用一个序列的单飞秒光脉冲。我们的实验研究表明，铁磁[Co/Pt]层的最终磁化状态是由光脉冲与GdFeCo层相互作用产生的自旋极化热电子决定的。这项工作提供了一种新的方法来确定性开关铁磁层和光磁多位记录的工程材料的途径。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Single pulse all-optical toggle switching of magnetization without Gd: The example of Mn2RuxGa
在没有磁场帮助的情况下对磁化的能量有效控制是自旋电子学的关键目标。钯热诱导单脉冲全光开关已经被证明，但到目前为止，只有在Gd基非晶铁磁薄膜。在这项工作中，我们展示了切换开关的半金属补偿亚铁磁Heusler合金Mn2RuxGa，其中有两个晶体学上不等价的Mn亚晶格。此外，我们观察到的开关在室温下的样品，是免疫外部磁场超过1 T，只要他们表现出高于室温的补偿。在没有Gd的补偿亚铁磁体中观察到的效应挑战了我们对全光开关的理解。动态行为表明，Mn2RuxGa开关在2 ps或less.Our研究结果拓宽了快速光开关的磁化强度的基础和工程材料，可用于非易失性超快开关使用超短光脉冲的新天地。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field switching magnetization and spin transfer in ultrathin BiFeO3 film
第一性原理密度泛函理论计算表明，在外加电场作用下，BFO薄膜的磁化强度可以达到90 °的翻转。正场表面出现上旋载流子，负场表面出现下旋载流子，这是由于Fe-t2 g轨道的重新分布引起的。R相薄膜表面Fe-3d态的半金属性使其成为具有电场可调FM磁化反转的AFM/FM双层异质结构的候选材料，为设计自旋电子多铁性材料开辟了新的途径。该BFO/FM双层膜的界面交换偏置效应主要由Fe-t2 g轨道重构以及自旋转移和重排驱动。
2013-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Controlled normal and inverse magnetoresistance and current-driven magnetization switching in magnetic nanopillars
结合具有不同散射各向异性符号的铁磁金属对，让我们独立地反转铁磁/非磁性/铁磁金属纳米柱中的磁阻和电流驱动切换的方向。我们显示了所有四种组合的正常和逆行为，在室温和4.2K。在所有研究的情况下，开关的方向是由固定（极化）铁磁体的净散射各向异性。我们为我们所看到的提供简单的论据。
2003-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced synchronized switching of magnetization
我们研究电流诱导的磁化切换多层结构，允许降低开关电流，同时保持高的热稳定性的磁化。该结构由垂直极化器、垂直自由层和具有面内磁化的附加自由层组成。当电流垂直于结构运行时，面内自由层经历进动并向垂直自由层提供内部射频场，从而导致一个电流极性的开关电流减小。对于另一个极性，面内自由层几乎饱和垂直于平面，并作为另一个垂直偏振器，这也降低了开关电流。
2012-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Iridium Enabled Field-free Spin-orbit Torque Switching of Perpendicular Magnetic Tunnel Junction Device
利用自旋霍尔效应产生的自旋-轨道转矩（SOT）写入磁性位为超快和低功率磁阻随机存取存储器（MRAM）创造了新的可能性。对于垂直MRAM，需要额外的面内场来打破垂直存储层的确定性SOT写入的对称性。虽然方案已经在垂直层的无外场SOT开关中得到了证明，但实际上将它们与垂直MTJ集成似乎仍然具有挑战性。在这里，我们提出了实验演示的自旋轨道转矩（SOTs）开关的垂直磁隧道结（MTJ）器件，而不施加外部磁场。Ir层用于经由自旋霍尔效应注入纯自旋电流和将面内交换场介导到MTJ的垂直自由层的双重目的。稳健的无场SOT开关与脉冲写路径电流被证明为各种MTJ尺寸范围从50 nm到500 nm。研究了MTJ尺寸和脉宽对临界开关电流的影响。结合微磁模拟进行开关动力学以及开关上的热效应提供深入的分析。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Threshold current for switching of a perpendicular magnetic layer induced by spin Hall effect
我们从理论上研究了自旋霍尔效应引起的面内电荷电流对垂直磁性层的开关作用。我们发现，在高阻尼区，阈值开关电流与阻尼常数无关，与有效垂直磁各向异性场和沿电流方向施加的面内场几乎成线性关系.我们得到了阈值电流的解析表达式，与数值结果非常吻合。该表达式可用于确定与自旋霍尔效应相关的物理量，以及设计基于垂直磁性层开关的相关磁性器件。
2013-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Relaxing-Precessional Magnetization Switching
提出了一种同时利用自旋转移力矩和磁场作用力矩的磁化反转新方法。Landau-Lifshitz-Gilbert方程的解表明，在开关的初始阶段，磁化强度的动态变化与旋进开关的相似，而在开关的最后阶段，磁化强度的动态变化与弛豫开关的相似.我们称这种方法为弛豫-旋进开关。它提供了一种比松弛切换更快、功耗更低的切换方式，并且比进动切换更可控。
2006-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Scanning Kerr microscopy of current induced switching in Ta/CoFeB/MgO films with perpendicular magnetic anisotropy
具有垂直磁各向异性的Ta/CoFeB/MgO三层膜有望在下一代电流和电场切换存储器和逻辑器件中发挥关键作用。在这项研究中，我们使用克尔显微镜旁边的电输运测量，以深入了解这种设备的基本开关机制。我们发现开关是一个随机的，畴壁驱动的过程，其速度是强烈依赖于开关电流。克尔成像示出了在器件边缘处的畴成核，建模揭示了可能由奥斯特场的垂直分量辅助。进一步的磁畴生长，导致磁化反转，可以通过自旋扭矩来辅助。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
External-Field-Free Spin Hall Switching of Perpendicular Magnetic Nanopillar with a Dipole-Coupled Composite Structure
自旋霍尔效应（SHE）引起的垂直磁化反转由于其导致低功率存储器和逻辑器件的潜力而吸引了显著的兴趣。然而，开关需要辅助的面内磁场，这阻碍了其实际应用。在这里，我们介绍了一种新的方法，通过利用从相邻的面内磁性层产生的局部偶极场的垂直纳米磁体的外部场自由自旋霍尔开关。在没有任何外部磁场的情况下，实验证明了在偶极耦合复合堆叠中垂直CoFeB纳米柱的鲁棒开关，与微磁模拟的结果一致。在复合结构的纳米柱器件中获得了约135 Oe的面内补偿场和约45 Oe /107 Acm-2的面外环位移。通过进行微磁模拟，我们证实了复合无外场开关策略也可以适用于10 × 10 nm 2的圆柱。与其他提出的垂直磁化的无外场自旋霍尔开关方法相比，偶极耦合复合结构与广泛的自旋霍尔系统和垂直磁性隧道结兼容，为实际的基于SHE的MRAM和逻辑铺平了道路。应用。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Angular momentum transfer torques in spin valves with perpendicular magnetization
自旋阀结合垂直磁化材料是有前途的结构，用于存储元件和高频发生器。本文报道了用第一性原理电路理论计算的具有垂直平衡磁化的自旋阀中自旋转移矩的角度依赖性，并与W.H. Rippard c.s. [Phys. Rev. B 81，014426（2010）]在CoFe |Cu| CoNi系统上进行。此外，我们预测当铜间隔层被钌层取代时，会出现非单调（“波浪”）的自旋转移矩。
2011-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Magnetization Switching in Biaxial Single-Domain Ferromagnetic Particles
利用四态时钟模型模拟了双轴单畴均匀铁磁粒子的磁化翻转动力学，其中两个易磁化轴相互垂直。将对称四态时钟模型与两个解耦的伊辛模型之间的静力学的零场映射推广到非零场静力学和动力学。这大大简化了模拟结果的分析。我们测量了模型的磁化翻转时间，并用液滴理论分析了结果。非对称模型中的开关动力学更为复杂。如果易磁化轴垂直于稳定磁化方向，则系统可以通过两个不同的通道切换其磁化，一个非常快，另一个非常慢。作为系统大小的函数的开关场的最大值。不对称性对切换场的影响不同，具体取决于切换是否涉及稳定磁化配置中的单个自旋液滴或多个自旋液滴。对称和非对称模型中的开关场的角度依赖性也进行了研究。
1998-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Reversible strain-induced magnetization switching in FeGa nanomagnets: Pathway to a rewritable, non-volatile, non-toggle, straintronic memory cell for extremely low energy operation
纳米磁体的磁化在两个稳定或亚稳态之间的可逆应变子切换有望实现超节能的非易失性存储器。在这里，我们报告的应变诱导磁化开关在约300 nm大小的FeGa纳米磁体划定的压电PMN-PT基板。跨衬底施加的一个极性的电压在纳米磁体中产生压缩应变并将其磁化切换到一种状态，而相反极性的电压产生拉伸应变并将磁化切换回原始状态，从而导致“非切换”切换。这两种状态可以对两个二进制位进行编码，并且使用正确的电压极性，可以确定性地写入任一位。
2015-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Distribution of the magnetization reversal duration in sub-ns spin-transfer switching
研究了亚纳秒级电流脉冲在柱状自旋阀中引起的自旋转移开关的开关时间分布。导致开关的脉冲持续时间遵循梳状分布，在几个最可能的，规则间隔的开关持续时间多峰。这些持续时间反映了岁差性质的开关，这是通过一个波动的整数倍的岁差周期。考虑到初始磁化方向的热变化和可能磁化轨迹中总扭矩消失的发生，这可以建模。偏置自旋阀与硬轴场防止这些事件中的一些，并可以提供一个几乎完美的再现性的切换持续时间。
2006-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Measurement of magnetization using domain compressibility in CoFeB films with perpendicular anisotropy
我们提出了一种方法来映射的饱和磁化强度与垂直各向异性的软铁氧体薄膜，我们说明它来评估的CoFeB（1 nm）/MgO薄膜的磁化强度的成分依赖性。该方法依赖于定义线性域的平行畴壁的偶极排斥的测量。薄膜的磁化强度与畴的场压缩性有关。该方法还产生了两个壁之间的最小距离之前，他们的合并，这设置了一个实际的限制，在自旋电子器件中使用畴壁作为存储实体的存储密度。
2013-07-24 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
Lack of simple correlation between switching current density and spin-orbit torque efficiency of perpendicularly magnetized spin-current generator/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道转矩可以驱动磁性层的电切换。在这里，我们报告说，至少对于微米尺寸的样品，阻尼类自旋轨道扭矩（dampinglike spin-orbit torque）（damping-DL ^j）的效率和垂直磁化的自旋电流发生器/铁磁体异质结构的临界开关电流密度之间没有简单的相关性。我们发现，在畴壁脱钉分析中，基于开关电流密度的ε_DL ^j的值可以被低估或高估ε_DL^j达数十倍，而在基于开关电流密度的宏自旋分析中，ε_DL^j可以被高估达数千倍。当比较自旋电流发生器的相对强度时，临界开关电流密度本身是一个很差的预测因素。
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Voltage-assisted Magnetization Switching in Ultrathin Fe80Co20 Alloy Layers
随着对电压驱动自旋电子学超低功耗应用需求的不断增长，人们对铁磁金属中电压诱导磁化翻转的研究产生了新的兴趣。在本研究中，我们观察到Au（001）/Al 2 O3 Fe 80 Co 20（001）/ MgO（001）/ Polyimide / ITO结中垂直磁各向异性的变化，并成功地实现了易磁化轴在面内和垂直方向之间的清晰切换。此外，采用垂直磁化的薄膜，在磁场的帮助下，电压感应磁化翻转在垂直方向上被证明。这些开创性的结果可能会打开一个新的窗口电场控制的自旋电子器件。
2009-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
