Spin-torque diode radio-frequency detector with voltage tuned resonance
我们报道了一种基于磁性隧道结（MTJ）的电压可调谐射频（RF）探测器。自旋扭矩二极管效应用于激励和/或检测MTJ的磁性自由层中的RF振荡。为了降低自由层的整体面内磁各向异性，我们利用铁磁层和绝缘层之间界面处的垂直磁各向异性。所施加的偏置电压示出的磁各向异性，从而对设备的谐振频率有显着的影响。这种影响还取决于电压极性。所得到的结果占的自旋转移力矩和电压控制的磁各向异性效应的相互作用。
2014-06-26 cond-mat.mes-hall
Reply to Comment on "Acoustically assisted spin-transfer-torque switching of nanomagnets: An energy-efficient hybrid writing scheme for non-volatile memory" [Appl. Phys. Lett., 103, 232401 (2013)]
这是对最近在arXiv上发表的关于我们工作的评论的回复。据我们所知，这篇评论没有在其他任何地方发表。我们证明评论中提出的观点是无效的
2015-03-13 cond-mat.mes-hall
Theory of Spin Torque Assisted Thermal Switching of Single Free Layer
从理论上研究了单自由层的自旋矩辅助热开关。从速率方程出发，推导了扫描电流辅助磁化翻转的最可能和平均翻转电流的理论公式，发现翻转速率公式中的指数$b$的取值对磁随机存储器保持时间的估计有显著影响。基于Fokker-Planck方法，我们还证明了$b$的值应该是2，而不是以前的工作中所争论的1。
2012-04-05 cond-mat.mes-hall
Voltage-driven v.s. Current-driven Spin Torque in Anisotropic Tunneling Junctions
本文从理论上研究了在界面自旋轨道相互作用（SOI）存在的情况下，磁性隧道结中的非平衡自旋输运。界面SOI产生形式为{ \bf T}= T_{||} { \bf M}x（{ \bf z}x{ \bf M}）+ T_{\bot} { \bf z}x{ \bf M}的自旋力矩，即使在没有外部自旋极化器的情况下。对于厚且大的隧道势垒，扭矩减小到垂直分量$T_{\bot}$，其可以通过在绝缘体两端施加电压来电调谐。在薄且低的隧道势垒的极限下，出现面内扭矩$T_{||}$，与隧道电流密度成正比。磁性器件的实验影响进行了讨论。
2011-10-16 cond-mat.mes-hall
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
Quantum kinetic theory of spin-transfer torque and magnon-assisted transport in nanostructures
从理论上研究了自旋涨落在磁结电荷输运中的作用。最近的实验，测量的电流对电偏压的非线性依赖性的动机，我们开发了一个系统的理解纳米磁性结中的电荷和自旋动力学的相互作用。我们的模型捕捉到了两个不同的功能所产生的这些波动：磁振子辅助运输和自旋转移力矩的磁导的影响。后者源于自旋电流波动引起的结中的磁失准。随着温度的降低，非弹性量子散射取代了热波动，表现出的特征使其很容易与磁振子辅助传输区分开来。
2018-11-02 cond-mat.mes-hall
Thermally-Assisted Spin-Transfer Torque Dynamics in Energy Space
我们考虑的一般Landau-Lifshitz-Gilbert理论的磁化动力学的宏观自旋磁体的自旋力矩效应和热涨落。热激活的动力学性质进行了分析，平均全磁化方程在恒定能量轨道。在平均之后，所有相关的动力学场景是硬轴和易轴各向异性之间的比率的函数。我们推导出解析的极限环存在的电流范围，并讨论了制度中的恒定能量轨道平均技术是适用的。
2013-07-15 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
Thermally assisted spin transfer torque switching in synthetic free layers
从理论上研究了铁磁耦合合成自由层中热辅助自旋转移矩翻转的磁化反转率。通过求解Fokker-Planck方程，得到了弱耦合和强耦合极限下开关几率的解析表达式。我们发现热稳定性与Delta_{0}（1-I/ I_{c}）^{2}成正比，而不是Koch等人[Phys. Rev. Lett. 92，088302（2004）]，其中I和I_{c}是在绝对零度温度下自旋转移扭矩切换的电流和临界电流。（1-I/ I_{c}）指数的差异导致对热稳定性Delta_{0}的显著低估。我们还发现，快速开关是通过选择适当的方向的应用领域。
2011-02-24 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
Thermally-Assisted Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal in Uniaxial Nanomagnets
我们模拟的随机朗道-Lifshitz-吉尔伯特（LLG）的单轴纳米磁体的动态到亚毫秒的时间尺度，使用基于图形处理单元的微磁代码，并确定热辅助反转动力学的自旋电流和单轴各向异性轴之间的几何倾斜的效果。逐渐接近开关时间（$I\rightarrow 0$，$<τ>\propto\exp(-ξ(1-I)^2)$）的渐近行为，表明弹道和热辅助自旋转移反转之间的广泛交叉制度。有趣的是，平均开关时间被证明是几乎独立的自旋电流和磁体的单轴轴之间的角度。这些结果具有重要的意义，建模的自旋转移磁性随机存取存储器位单元的热辅助磁化反转的能量。
2012-05-29 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
Direct determination of Spin-Orbit torque by using dc current-voltage characteristics
自旋极化电流通过在铁磁薄膜上施加转矩来有效地控制铁磁薄膜的磁化强度。如果自旋电流是通过铁磁层和非磁性层之间的自旋-轨道相互作用产生的，则这种效应被称为自旋-轨道转矩（SOT），并通过测量注入器件的充电电流产生的有效场来量化。在这项工作中，我们提出了一种新的实验技术，直接量化的SOT的基础上测量的直流电流-电压（IV）特性的非线性霍尔条器件采用一个简单的仪器。通过对IV曲线的分析，该技术直接提供了有效场与电流的线性度、热效应可能相关的电流范围的检测、当不满足SOT的对称关系时未对准伪影的出现、以及单域近似的有效性的条件，这在开关电流和二次谐波产生的现有技术实验中没有考虑。研究了具有垂直磁各向异性的Ta/Co/Pt非对称叠层中SOT引起的反阻尼和类场力矩。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall
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
Spin-transfer-assisted parametric pumping of magnons in yttrium iron garnet
参数泵浦和自旋转移力矩的结合是一种强大的方法，可以对薄膜铁磁体中的磁激励进行高水平的控制。泵浦功率和外场强度等激发参数影响单个磁振子模的不稳定性。我们从理论上探讨了参量泵浦和自旋转移矩的同时作用如何影响薄膜铁磁体中的这些磁不稳定性。在Landau-Lifshitz-Gilbert框架内，我们通过泵浦、自旋转移矩以及两者的结合对钇铁石榴石中的磁振子激发进行了微磁学模拟。我们发现，与实验结果一致，自旋转移力矩的大小和方向调整参数不稳定性阈值。
2022-08-18 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
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
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
Inducing out-of-plane precession of magnetization for microwave assisted magnetic recording using an oscillating polarizer in spin torque oscillator
研究了一种新型微波辅助磁纪录自旋力矩振荡器（STO）的动力学特性。使用Ni $_{80}$ Fe $_{20}$（NiFe）作为极化器和Fe $_{67}$ Co $_{33}$（FeCo）作为场产生层，我们在实验上观察到NiFe的磁化反转，随后随着偏置电压的增加，在功率谱中出现多个信号。这些信号反映了FeCo和NiFe的面外旋进（ex-of-plane precession，NPI）模式振荡，以及STO器件的磁阻效应，其频率等于NiFe和FeCo的振荡频率之间的差。这种动力学再现微磁模拟。除了以适合于窄间隙记录头的简单和薄的结构实现双模式振荡的优点之外，使用该设计的实验结果表明，对于FeCo的双模式振荡，实现了大的$\sim$ 70 $^{\circ}$锥角，该锥角是基于宏自旋模型估计的。
2019-01-14 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
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
Anomalous spin-orbit torque switching due to field-like torque-assisted domain wall reflection
自旋轨道转矩（SOT）允许对磁状态进行电控制。垂直磁化的电流感应SOT切换具有特别的技术重要性。SOT由类阻尼转矩和类场转矩组成，因此有效的SOT开关需要了解这两个转矩分量的组合效应。以前的准静态测量报告了增加的开关概率与电流脉冲的宽度，如预测仅考虑阻尼转矩。在这里，我们报告了在较长的脉冲宽度的开关概率降低，基于时间分辨的测量。微磁学分析表明，这种异常的SOT开关的结果从畴壁反射样品边缘。畴壁反射被发现强烈依赖于类场转矩和它的相对符号的阻尼类转矩。我们的研究结果表明，在确定性的SOT开关的类场转矩的关键作用，并通知两个转矩分量的符号相关性的重要性，这可能揭示的SOT开关机制。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Thermally-Assisted Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal of Uniaxial Nanomagnets in Energy Space
通过研究单轴巨自旋的扩散能空间动力学，解析地研究了在自旋力矩和热噪声共同作用下，单轴巨自旋的开关时间随电流变化的渐近行为.的缩放依赖性（$I\rightarrow 0$，$<τ\propto\exp(-ξ(1-I)^2)$）证实了最近的文献结果。分析表明，平均开关时间是功能独立的自旋电流和磁体的单轴轴之间的角度。这些结果具有重要的意义，建模的自旋转移磁性随机存取存储器位单元的热辅助磁化反转的能量。
2013-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Voltage assisted asymmetric nanoscale wear on ultra-smooth diamond like carbon thin films at high sliding speeds
在分子水平上理解滑动界面上的摩擦和电化学现象是一个越来越受关注的领域。滑动表面的基本化学和物理见解对于理解界面处的磨损是至关重要的，特别是对于在高滑动速度下操作的纳米或微米级器件。对高滑动速度界面上的电化学效应的全面调查需要精确监测界面处的相关磨损和表面化学反应。在这里，我们证明了商业磁存储硬盘驱动器内的头盘接口提供了一个独特的系统，这样的研究。结果表明，电压辅助的电化学磨损导致滑动界面两侧的非对称磨损。
2016-05-08 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
Spin-torque effects in thermally assisted magnetization reversal: Method of statistical moments
自旋极化电流驱动的纳米磁体的热涨落处理通过Landau-Lifshitz-Gilbert方程推广到包括随机热噪声场和Slonczewski自旋转移矩项。通过平均这个随机的（朗之万）方程的实现，统计矩微分递推关系的显式无穷族（平均球谐函数）推导出任意退磁因子和磁晶各向异性的一般纳米柱模型的自旋-转矩器件包括两个代表自由层和固定层的铁磁层以及均夹在两个欧姆接触之间的导电隔离物。研究了热涨落和自旋转移力矩对相关开关特性的影响，如稳态磁化、磁化反转时间等，通过求解温度、阻尼、外部磁场和自旋极化电流的宽范围的分级结构来计算，所述宽范围的温度、阻尼、外部磁场和自旋极化电流指示在包括几个数量级的热辅助磁化反转中的新自旋扭矩效应。特别是，开关特性对外部磁场的方向和自旋极化存在明显的依赖性。
2013-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
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
High voltage assisted mechanical stabilization of single-molecule junctions
基于分子的电子器件的实现在很大程度上取决于机械稳定所涉及的分子键的能力，同时利用通过器件的有效共振电荷传输。共振电荷输运可以诱导分子键的振动不稳定性，导致在偏压下键断裂。在这项工作中，我们超越了宽带近似，以研究单分子结中的振动不稳定性的现象，并表明，现实的分子-引线耦合的能量依赖性影响的机械稳定性的结。我们表明，化学键可以稳定在共振输运制度，通过增加结上的偏置电压。该研究为设计在共振电荷输运机制下机械稳定的分子器件提供了指导。
2017-05-23 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
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
Averaged equation for energy diffusion on a graph reveals bifurcation diagram and thermally assisted reversal times in spin-torque driven nanomagnets
通过自旋极化电流驱动纳米磁体在磁电子学中提供了令人兴奋的前景，但磁体对这种电流的响应仍然知之甚少。我们表明，一个平均方程描述的能量扩散图捕捉这些系统的低阻尼动态。从这个方程中，我们得到的磁铁的分岔图，包括临界电流诱导稳定的旋进状态和磁化翻转，以及在Kramers的标准反应速率理论不再有效的情况下，热辅助磁化反转的平均时间。这些结果与实验观测相吻合，并为具有反转时间有效能垒的Néel-Brown型公式提供了理论基础。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall math.DS
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
Resonant Acoustic Wave Assisted Spin-Transfer-Torque Switching of Nanomagnets
我们报告的可能性，实现一个数量级的减少能量耗散需要写位在垂直磁隧道结（p-MTJ）通过模拟的磁化动力学下的组合的共振表面声波（r-SAW）和自旋转移矩（STT）。在考虑热噪声的情况下，采用Landau-Lifshitz-Gilbert方程，在宏观自旋假设下，模拟了系统的磁化动力学.磁致伸缩纳米磁体中的共振磁化动力学建立在SAW应用的几十个循环上，其驱动磁化以从垂直方向偏转约45度的锥形旋进。这降低了切换磁化方向所需的STT电流密度，而不会增加STT应用时间或降低在存在室温热噪声的情况下的切换概率。这可以导致实现自旋转移矩随机存取存储器（STTRAM）的能量有效切换的途径，其横向尺寸可以通过采用共振激发而被积极地缩放，尽管使用具有低磁致伸缩的材料。
2019-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
