The switching of bipolar and unipolar magnetostriction in polycrystalline ZnO film
C. V. Raman Global University（C. V. Raman全球大学）；Univ Rennes, ENSCR, CNRS, ISCR (Institut des Sciences Chimiques de Rennes)（雷恩大学，国立高等化学学院，法国国家科学研究中心，雷恩化学科学研究所）；IIT Kharagpur（印度理工学院卡格浦尔分校）
研究多晶氧化锌薄膜在旋转磁场平面内0至90度时的磁致伸缩特性，发现双极与单极磁致伸缩行为随磁场旋转角度变化，并归因于材料晶体各向异性。
2026-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Optical Tuning of Resistance Switching in Polycrystalline Gallium Phosphide Thin Films
研究了直接生长在Si衬底上的纳米级磷化镓（GaP）薄膜的阻变特性。首先，生长的GaP薄膜显示出高的RON/ROFF（~10^4），这表明是由于沿着晶界形成导电沟道而引起的。有人提出，点缺陷（最有可能的镓）和结构的障碍，在晶界提供了理想的环境，使间接开关过程。接下来，我们探讨了这种缺陷是否可以产生中间带隙态，如果可以的话，它们可以被光子激发激活。这两个第一性原理计算，以及紫外-可见光和光致发光光谱强烈点的可能性，在多晶GaP膜的中间间隙电子状态。光电导原子力显微镜（phAFM），扫描探针技术，用于图像光电流作为入射光子能量的函数（范围从子带隙以上的带隙）的GaP膜表面上产生的。我们观察到的光电流，即使入射光子能量低于带隙，与存在的中间间隙的电子状态。此外，发现光电流的大小与入射光子能量成正比，并伴随着灯丝电阻的降低。这表明直接集成在Si上的GaP是一种很有前途的光子阻变材料系统。
2021-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional nanovaristors at grain boundaries account for memristive switching in polycrystalline BiFeO3
多晶材料中的忆阻开关被广泛归因于导电丝的形成和断裂，被认为是由氧空位再分布介导的。然而，底层的原子尺度过程仍然是未知的，这限制了器件建模和设计。在这里，我们结合实验数据与多尺度计算来阐明整个原子尺度的周期在未掺杂的多晶BiFeO3。导电原子力显微镜显示，晶界表现得像二维纳米压敏电阻，而在循环的返回部分，减少的电流是通过晶粒。利用密度泛函理论和蒙特卡罗计算，我们推导出所观察到的现象的原子尺度机制。非平衡浓度下的氧空位最初分布相对均匀，但它们被增加的电压扫入晶界。然后，临界电压（SET电压）消除了用于通过晶界中的空位能级跳跃传导的势垒。在循环的返回部分，晶界再次不导电，但是晶粒由于氧空位的远程掺杂而显示出非零导电性。该负电压相当于重新分布空位的热脉冲。认识到纳米压敏电阻器是多晶材料中忆阻开关的核心，可能会为新型器件和电路开辟可能性。
2015-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Huge anisotropic magneto-thermal switching in high-purity polycrystalline compensated metals
本文在高纯Pb多晶线中观察到巨大磁热开关效应，利用补偿金属磁阻实现热导率大幅抑制，为低温热管理及空间环境应用提供了新方案。
2025-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Birefringence induced by antiferroelectric switching in transparent polycrystalline $PbZr_{0.95}Ti_{0.05}O_{3}$ film
反铁电材料的最典型的功能性质是通过电场诱导从非极性相到极性相的相变的可能性。在这里，我们研究了这种场诱导相变对$PbZr_{0.95}Ti_{0.05}O_{3}$双折射变化的影响。我们使用一个透明的多晶$PbZr_{0.95}Ti_{0.05}O_{3}$薄膜生长在$PbTiO_{3}/HfO_{2}/SiO_{2}$与叉指电极直接调查在一个简单的传输几何双折射的变化。尽管多晶性质的膜和其厚度适中，场诱导的过渡产生一个相当大的影响下观察到的偏光显微镜。在其极性相的膜被发现表现得像一个均匀的双折射介质。这种场致双折射的时间演化提供了关于反铁电开关过程中的不可逆性及其缓慢动力学的信息。双折射的变化有两个主要贡献，一个是快速响应（~ 0.5 s），另一个是在长达30分钟的时间内上升和饱和的较慢的贡献。这种长的饱和和弛豫时间的可能起源进行了讨论。
2022-08-03 cond-mat.mtrl-sci
A phase field model combined with genetic algorithm for polycrystalline hafnium zirconium oxide ferroelectrics
铁电铪锆氧化物（HZO）薄膜在铁电随机存储器、铁电场效应晶体管和铁电隧穿结等方面具有重要的应用前景。然而，在理解铁电开关，这是至关重要的，在这些设备的操作中有缺点。本文建立了一个基于相场法的计算模型来模拟多晶HZO薄膜的开关行为。此外，我们引入了一种新的方法来优化的有效朗道系数描述的自由能HZO相场模型与遗传算法相结合。我们通过精确模拟不同铁电相含量的HZO薄膜的开关曲线来验证模型。在切换过程中的模拟域动力学也显示出惊人的相似性，可用的实验观察。本工作也提供了基本的见解，提高铁电性的HZO薄膜通过控制晶粒形态和晶体织构。该方法可以推广到其它氧化物基薄膜的铁电性能的改善。
2022-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque as a method for field-free detection of in-plane magnetization switching
我们提出并证明了一种简单的方法，用于检测在非磁性/磁性材料的双层膜的自旋轨道矩（SOT）的面内磁化翻转。在我们的方法中，SOT不仅用于磁化切换，而且用于检测。该方法无需外加磁场即可检测出任意Mx和My分量，可用于快速表征X、Y和XY型SOT的磁化翻转。我们的SOT检测方案不仅可以用于快速表征SOT开关的双层，但也为赛道存储器的平面内磁畴的电检测。
2020-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Statistical switching kinetics in ferroelectrics
通过假设一个更现实的成核和极化反转的情况下，我们建立了一个新的统计开关模型的铁电体，这是不同的Kolmogorov-Avrami-Ishibashi（KAI）模型或成核有限开关（NLS）模型。该模型在引入了随时间变化的退偏场后，较好地描述了多晶薄膜在中、低场下的延迟行为，这是传统KAI模型所不能描述的。该模型正确地预测了n=1的多晶薄膜在高Eappl或陶瓷块在理想情况下。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Universal properties of magnetization dynamics in polycrystalline ferromagnetic films
研究了铁磁薄膜中巴克豪森噪声统计特性的标度行为。我们应用统计处理通常用于实验巴克豪森噪声时间序列测量与传统的电感技术在多晶铁磁薄膜具有不同的厚度从100到1000 nm的散装材料，并调查的标度指数。基于此过程，我们可以将样本分组到单个普适类中，其特征在于指数τ \sim 1.5、α \sim 2.0和1/σ v z \sim \vartheta \sim 2.0。我们解释这些结果的理论模型，并提供实验证据表明，一个众所周知的平均场模型的三维铁磁体中的铁磁畴壁的动力学可以扩展到薄膜。我们确定，薄膜提出了一个普遍的三维磁化动力学，由长程偶极相互作用，即使在最小的厚度，表明二维磁行为通常验证的薄膜不能推广到所有的厚度范围。
2013-07-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Resonant Magnetization Switching Conditions of an Exchange-coupled Bilayer under Spin Wave Excitation
我们系统地研究了L10-FePt /Ni 81 Fe 19（坡莫合金; Py）交换耦合双层膜在脉冲射频场（hrf）作用下的自旋波辅助磁化翻转（SWAS），并在磁场（H）- hrf频率（f）平面上绘制了翻转事件图，揭示了翻转条件。开关只发生在有限的区域以下的垂直自旋驻波（PSSW）模式的色散关系在Py。结果表明，SWAS是一种不同于传统微波辅助开关的共振磁化开关过程，有望应用于多级记录介质的选择性开关。
2016-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization Switching in van der Waals Systems by Spin-Orbit Torque
本文综述范德华材料产生的自旋电流诱导磁化翻转的研究进展，涵盖SOT与范德华材料基础及其在低功耗磁存储和逻辑中的应用。
2023-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Studies of Polycrystalline and Single-Crystal NaxCoO2
我们研究了0.5<x<0.95范围内NaxCoO_2的制备和体磁性能，包括在成像炉中用浮区法生长的单晶。为了表征样品并确定其质量，我们进行了X射线粉末衍射，电子探针显微分析（EPMA）和磁化测量。根据我们的研究结果，我们能够报告在0.65<x<0.95范围内制备单相多晶和单晶样品的条件。然而，对于较低浓度的样品，即x<0.65，残留的Co 3 O 4杂质仍高于可检测限，消除这种杂质的条件仍有待确定。NaxCoO 2单晶的各向异性磁化的研究表明：（i）在~320 K、~ 275 K和~22 K处的跃迁存在于所研究的所有Na掺杂水平，（ii）磁化强度在~8 K以下强烈增加，（iii）在8-10 K附近的各向异性意义上的交叉，以及（iv）在低于~15 K的温度下，对于某些Na掺杂水平，磁化强度的滞后。值得注意的是，在粉末样品中没有观察到高温异常（275 K，320 K）。
2003-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
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
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
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
Evidence for electromagnetic granularity in the polycrystalline iron-based superconductor LaO0.89F0.11FeAs
新的稀土砷酸盐超导体是层状的，低载流子密度的化合物，与高Tc的铜酸盐有许多相似之处。一个重要的问题是，它们是否也表现出弱耦合跨越随机取向的晶界。在这项工作中，我们表现出相当多的证据，这种弱耦合的研究，在散装和粉末样品的磁化强度的依赖。大体积样品的磁化曲线显示非常小的滞后，而剩磁显示几乎没有样品尺寸的依赖性，即使在粉末化。我们的结论是，这些样品表现出大量的电磁粒度的规模接近晶粒尺寸，虽然我们还不能确定这是内在的还是外在的。
2008-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Picosecond spin-orbit torque switching of ferrimagnets
自旋电子学为实现非易失性存储器和逻辑器件提供了一个有效的平台。在这些系统中，数据存储在磁性材料的磁化中，并且磁化在写入过程中切换。在传统的自旋电子器件中，使用具有大约纳秒的磁化动力学时间尺度的铁磁材料，为切换速度设置了限制。提高自旋电子学研究中的磁化反转速度一直是自旋电子学研究的挑战之一。在这项工作中，我们利用超快磁化动力学的亚铁磁材料，而不是铁磁体，我们使用飞秒激光脉冲和光电导Auston开关，以创建皮秒电流脉冲切换亚铁磁。通过反常霍尔和磁光克尔（MOKE）测量，我们证明了强皮秒SOT驱动的亚铁磁GdFeCo的磁化翻转。时间分辨MOKE显示GdFeCo的磁共振频率超过50 GHz，表明自旋动力学速度超过20 ps，SOT开关速度为数十皮秒。我们的工作为非易失性磁存储器和逻辑应用提供了一条实现皮秒操作速度的有前途的路线。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical Receiver with Helicity Dependent Switching of Magnetization
在这项工作中，我们提出了螺旋度相关的切换（HDS）的磁化Co/Pt的能量有效的光接收器。设计用于光电信号转换的低功率光接收机已被证明是非常具有挑战性的。当前的接收器使用响应于输入光信号而产生光电流的光电二极管，并且需要功率消耗大的跨阻放大器来放大小光电流。在这里，我们提出了光螺旋度诱导的磁化切换，以克服光电二极管和随后的跨阻抗放大的要求，通过感测磁化的变化与磁性隧道结（MTJ）。利用圆偏振激光脉冲实现薄铁磁层的磁化翻转，表明光的螺旋度与磁化状态之间存在一一对应关系。我们建议利用这种现象，通过使用数字输入依赖的圆偏振激光脉冲直接切换薄Co/Pt铁磁体层的磁化状态在接收器。Co/Pt层被用作MTJ的自由层，其电阻被激光脉冲改变。利用输入数据和输出磁化状态之间的一一对应关系，MTJ电阻直接转换为数字输出信号。我们的器件到电路级仿真结果表明，基于HDS的光接收机仅消耗0.124 pJ/bit的能量，这是远远低于现有的技术。
2018-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Special spin behavior of rare earth ions at the A site of polycrystalline ErFe1-xCrxO3 (x = 0.1, 0.9)
热诱导自旋控制是未来自旋器件的主要发展方向之一。在本研究中，我们合成了单相多晶ErFe_（1-x）Cr_xO_3，并结合磁化曲线和穆斯堡尔谱来确定室温下的宏观磁性。分子场论很好地模拟了系统在不同温度下的磁化强度。发现在DM相互作用下，不仅B位离子发生了重取向，而且A位离子的自旋也发生了变化。将有效自旋定义为Er 3+在Fe 3 +/Cr 3+自旋平面上的投影，拟合得到了整个再取向过程。本研究将补充ErFe_（1-x）Cr_xO_3自旋重取向的实际过程，并为将来自旋控制器件的制备奠定理论基础。
2022-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Study of spin-phonon coupling and magnetic field induced spin reorientation in polycrystalline multiferroic $GdFeO_3$
本文报道了多晶多铁性$GdFeO_3$（GdFO）的制备，并通过X射线衍射（XRD）、磁化强度、温度相关拉曼光谱、温度和磁场相关$^{57}Fe$ M $\ddot{o}$穆斯堡尔谱测量进行了表征。根据XRD图谱的Rietveld精修，发现样品是纯相的。在外加磁场条件下测量的$\ddot{o}$穆斯堡尔谱显示了场致自旋重取向转变的特征，这一特征与磁化强度测量结果相一致.由内部超精细场随温度的变化，得到N $\grave{e}$ el转变温度（$T_{N,Fe}$）为672.5 $\pm$ 0.2 K，临界指数（$β$）为0.333 $\pm$ 0.003.温度依赖的（300 - 760 K）拉曼光谱测量显示的签名的自旋-声子耦合和局部结构重排整个$T_{N,Fe}$。
2016-07-18 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
Magnetization, dielectric and thermal studies in the double perovskite polycrystalline compound Tm2CoMnO6
本文综合研究多晶 Tm2CoMnO6 的结构、磁、介电和热性质，揭示其一级磁转变、低温变磁行为、可能的磁结构耦合及显著本征磁热效应。
2023-07-11 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
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
Voltage-driven Magnetization Switching via Dirac Magnetic Anisotropy and Spin--orbit Torque in Topological-insulator-based Magnetic Heterostructures
磁化动力学的电场控制对于未来的自旋电子器件是基本的和技术上重要的。基于电场对磁各向异性和自旋轨道矩的控制，提出了两种不同的方法来实现拓扑绝缘体（TI）/磁-TI混合系统的磁化切换.在磁TI的磁各向异性能的公式解析为费米能量的函数，它被证实，面外磁化总是有利于部分占据的表面带。还提出了一种具有非易失性磁存储器功能的晶体管类器件，其使用电压驱动写入和（量子）反常霍尔效应进行读出。对于磁化反转，利用Cr掺杂的Bi_{1-x}（Sb_{x}）_{2} Te_{3}，估计的源极-漏极电流密度和栅极电压的数量级为$10^4$- $10^5$ THABMQ ~A/cm $^2$和0.1~V，写入时不需要外加磁场。还讨论了磁邻近效应的TI/铁磁绝缘体双层膜的磁化翻转的可能性，提出的方法。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Large Magnetic-Field-Induced Strains in Ni-Mn-Ga Alloys due to Redistribution of Martensite Variants
研究了近化学计量比Ni_2MnGa合金的多晶和单晶样品。证实了马氏体短晶轴（c轴）是易磁化轴。马氏体样品在压缩5%后易磁化方向发生可逆重取向，单晶样品在外加磁场作用下易磁化方向也发生可逆重取向。易磁化方向的磁场诱导重取向伴随着样品4%以上的尺寸变化。经过适当的热机械处理后，多晶样品可以获得相同的场致应变值。
2000-04-13 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
Room temperature multiferroism in polycrystalline thin films of gallium ferrite
采用溶胶-凝胶法在n-Si（100）和Pt/Si（111）衬底上沉积了（010）织构的镓铁氧体（GaFeO 3或GFO）多晶薄膜，并对其室温多铁性进行了表征。使用X-射线衍射和拉曼光谱的结构表征证实了与纳米尺寸的微晶的单相的形成。磁化强度随温度变化的研究表明，在~300 K时铁向顺磁转变。室温piezoresponse力显微镜分析显示，在非常高的矫顽场EC，~ 1350 kV/cm的铁电畴的局部180度的相位切换与最近的实验和第一性原理研究一致。我们的研究开辟了将多晶GFO集成到新型室温多铁性器件中的可能性。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque-induced switching of perpendicular magnetization at room temperature in WTe2/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道矩（SOT）是实现电荷-自旋转换的有效方法，它可以改变垂直磁化强度，这对于设计新型高能效自旋电子器件至关重要。面外SOT可以直接切换垂直磁化。令人鼓舞的是，最近报道了二维（2D）材料WTe 2/铁磁体（FM）双层的无场垂直磁化翻转，但工作温度（200 K）低于室温。在这里，我们报告的无场垂直磁化翻转在室温下进行的WTe 2/Pt/Co/Pt多层膜。受控实验证实了无场开关是由Pt/Co/Pt多层膜中产生的面内反阻尼SOT和a轴WTe 2薄膜中产生的面外反阻尼SOT引起的。这项工作为在室温下使用二维材料制成的自旋电子器件提供了一种潜在的方法。
2022-12-29 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
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
Influence of Zeeman splitting and thermally excited polaron states on magneto-electrical and magneto-thermal properties of magnetoresistive polycrystalline manganite La_{0.8}Sr_{0.2}MnO_3
磁阻锰氧化物的自旋和电荷自由度之间的一些可能的连接进行了研究，通过彻底的实验研究的磁性（交流磁化率和直流磁化）和运输（电阻率和热导率）的属性。测量报告的情况下，以及表征多晶La_{0.8} Sr_{0.2} MnO_3样品。实验结果表明，相当强的场致极化效应在我们的材料，清楚地表明有序FM区域内的半导体相的存在。使用适合自发DC磁化的分析表达式，发现电阻率和热导率数据的温度和磁场依赖性通过基于两种机制的通用方案被很好地再现：（i）受塞曼分裂效应影响的依赖于磁化强度的自旋极化子跳跃，以及（ii）为了正确描述导电性较低区域的行为而必须考虑的适当定义的热激发极化子状态。利用实验测得的磁和电子局域化温度，我们分别得到了局域化长度（自旋极化子的尺寸）和有效极化子质量的估计值L=0.5nm和m_p=3.2m_e。
2007-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Switching of Perpendicular Magnetization by Spin-Orbit Torque
本文综述了通过自旋轨道力矩实现垂直磁化翻转的最新进展与挑战，涵盖自旋电流产生、翻转机制与策略、电流密度及材料选择，并总结了原型 SOT 存储与逻辑器件的进展。
2023-04-03 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
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
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
