Excitation and detection of short-waved spin waves in ultrathin Ta/CoFeB/MgO-layer system suitable for spin-orbit-torque magnonics
我们报告的激发和检测的短波自旋波的波矢高达约$40\,\mathrm{rad}\,μ\mathrm{m}^{-1}$自旋波波导制成的，在平面内磁化的Co $_{8}$ Fe $_{72}$ B $_{20}$（CoFeB）。CoFeB被并入Ta/CoFeB/MgO的层堆叠中，该层堆叠是具有大的自旋轨道转矩和大的垂直磁各向异性常数的层系统。短波自旋波由纳米共面波导激发，并通过自旋整流和微聚焦布里渊光散射光谱检测。我们发现，大的垂直磁各向异性的自旋波寿命大大受益，导致在没有界面阻尼的散装系统的寿命相媲美。所提出的结果铺平了道路，成功地扩展磁振子的非对称层堆叠具有大的自旋轨道扭矩。
2017-01-05 cond-mat.mes-hall
Observation of multi-skyrmion objects created by size and density control in Ta/CoFeB/MgO films
磁skyrmions是一种具有非平凡拓扑结构的手性自旋织构，为未来的磁存储和存储器件提供了潜力。本文证明了Ta/CoFeB/MgO三层膜中磁skyrmion的尺寸和密度的可控形成和调节。它是作为底部电极集成到CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中的理想候选物。改变CoFeB厚度接近面外到面内磁相变，我们发现，微妙的能量贡献使skyrmion形成在一个狭窄的厚度窗口，对应于只有约10 μ m的变化CoFeB厚度。使用磁光成像与定量图像处理，可以分析skyrmion直径和分布低于阿贝极限的变化。我们展示了高度的直径和密度控制。通过适当的磁场初始化可以设置零场稳定的Skyrmions。这证明了skyrmion形成的可调性和理解程度，为未来基于skyrmion的磁存储器铺平了道路。此外，我们展示了一个控制合并的个人skyrmions复杂的拓扑对象。我们比较我们的结果与婴儿Skyrme模型，开发来描述孤子的性质，为任何拓扑电荷n，并展示了形成多skyrmion对象的能力。这些对象将是有趣的基础数学研究的拓扑行为的孤子在未来。
2021-03-03 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque-driven magnetization switching and thermal effects studied in Ta\CoFeB\MgO nanowires
我们证明了通过沿纳米线注入电流脉冲，在有和没有与电流方向共线的恒定且均匀的磁场的情况下，平面外磁化的Ta \CoFeB \MgO纳米线中的磁化切换。我们推断，一个有效的扭矩所产生的自旋轨道效应的多层驱动器的开关机制。虽然沿电流方向的磁化分量的生成对于发生切换是至关重要的，但我们观察到，即使没有纵向场，热生成的磁化波动也会导致切换。使用广义Néel-Brown模型的分析可以估计热诱导自旋轨道转矩切换过程的关键参数，例如尝试频率和有效能垒。
2014-05-02 cond-mat.mes-hall
Spin orbit effects in CoFeB/MgO hetereostructures with heavy metal underlayers
我们研究了CoFeB/MgO异质结构中重金属（HM）底层的强自旋轨道耦合效应。研究了在CoFeB/MgO界面处的垂直磁各向异性、重金属层的自旋霍尔角、电流感生转矩和HM/CoFeB界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用.我们展示了HM层的选择如何影响这些复杂的自旋轨道效应，这些效应出现在大体积和异质结构的界面处。
2016-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magneto thermocurrent in CoFeB/MgO/CoFeB based magnetic tunnel junctions
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）的隧穿磁热电势和隧穿磁热流。该设备显示出一个明确的热电性能的变化后，从平行到反平行取向的CoFeB层的磁化反转。当从并联切换到反并联时，热功率增加高达55%，而热电流下降45%。这些观察结果可以很好地解释的Onsager关系，考虑到隧道磁电阻的MTJ。这些发现对比以往的研究AlO为基础的MTJ系统，揭示隧穿磁热功率，但没有隧穿磁热电流。
2013-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of spin-dependent Seebeck coefficients of CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junction nanopillars
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结（MTJ）在存在温度梯度时的自旋相关Seebeck系数和隧穿磁热电势.热梯度由纳米柱顶部的电加热器产生。发现MTJ上的热功率电压与加热功率成线性关系，并揭示了与隧道磁阻相似的场依赖性。热梯度的幅度是从校准测量结合有限元模拟的热通量。在此基础上，导出了（240 \pm 110）\muV /K量级的大自旋相关Seebeck系数。从介电击穿后的MTJ上的额外测量，对于1.5nm MgO基MTJ纳米柱，可以导出高达90%的隧穿磁热电功率。
2011-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broadband voltage rectifier induced by linear bias dependence in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions
在本文中，垂直磁各向异性（PMA）是通过改变自由层的厚度与生产的MTJ纳米柱与平面内磁场和直流偏置具有平滑的线性电阻依赖性的目的定制。此外，我们还演示了如何使用这种线性偏置依赖性来创建零阈值宽带电压整流器，这是无线充电和能量收集应用中整流的重要功能。通过仔细平衡作用在自由层中的PMA的量，可以使测量的RF到DC电压转换效率高达11%。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall
Effect of annealing on the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Ta/CoFeB/MgO trilayers
界面的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）已被证明可以稳定具有垂直磁各向异性的薄膜中的纯手性Néel型畴壁，并因此允许它们通过自旋霍尔扭矩传播。在这项研究中，我们表明，在Ta/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO的结晶可能会受到退火的影响。我们发现，在230 $^{\circ}$ C退火温度下，在$D=0.057\pm0.003$ mJ $^{2}$处有一个电子吸收峰.使用纯场驱动的蠕变区域扩展技术测量磁场。磁场和各向异性场随退火温度的变化趋势相似。我们推断，的行为的超导和各向异性有关的界面晶体有序和B驱逐出CoFeB层的退火温度的增加。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall
Interfacial Fe segregation and its influence on magnetic properties of CoFeB/MgFeO multilayers
本研究揭示 CoFeB/MgFeO 界面偏析 Fe 的金属化与铁磁性，并通过插入超薄 MgO 层增强 PMA、降低磁阻尼。
2023-08-17 cond-mat.mes-hall
Direct measurement of interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in X/CoFeB/MgO heterostructures with a scanning-NV magnetometer
Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction，简称Dzyaloshinskii-Moriya）由于其在铁磁体手性自旋织构稳定中的重要作用而引起了人们的极大兴趣。在这里，我们采用了基于金刚石中的单个氮空位（NV）缺陷的扫描纳米磁力计，以局部探测在不同的重金属底层X=Ta，TaN和W上生长的CoFeB/MgO纳米晶薄膜的界面结合强度。通过测量这些材料的微米长导线中从DW发出的杂散场，我们观察到TaN和W底层的布洛赫分布的偏差，这些偏差与有利于右手手性自旋结构的正向散射值一致。此外，我们的测量结果表明，在一个单一的样品中，磁常数可能会发生局部变化，说明了在纳米级的磁序研究的重要性，本地探针。
2016-05-23 cond-mat.mes-hall
Enhancement of Perpendicular Magnetic Anisotropy and Transmission of Spin-Hall-Effect-Induced Spin Currents by a Hf Spacer Layer in W/Hf/CoFeB/MgO Layer
我们报告说，强垂直磁各向异性的铁磁层在W/CoFeB/MgO多层结构中，可以通过插入一个Hf层薄至0.25 nm之间的W和CoFeB层建立。Hf间隔物还允许由W层中的面内电荷电流产生的自旋电流的传输，以在CoFeB上施加强自旋扭矩，从而实现电流驱动的磁切换。施加在1 nm CoFeB层上的自旋扭矩的抗阻尼和类场分量在此几何形状中具有可比的幅度。这两种成分都源于下面的W层中的自旋霍尔效应。
2014-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange bias effect in martensitic epitaxial Ni-Mn-Sn thin films applied to pin CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions
交换偏置效应常用于移动铁磁体的矫顽场。这种技术对于将磁性隧道结用作逻辑或存储器件至关重要。因此，两个铁磁电极的独立切换对于保证可靠的读出是必要的。在这里，我们证明了Ni-Mn-Sn的本征交换偏置效应可以用于将单向各向异性应用于磁性隧道结。为此，我们使用外延Ni-Mn-Sn薄膜作为钉扎层，用于微制造CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结。我们比较了磁场冷却后在$-10$ 1，kOe外场中通过磁化测量得到的交换偏置场（$H_{\text{EB}}$）与通过隧道磁阻测量得到的$H_{\text{EB}}$。两种方法的结果一致，我们发现在10 K时交换偏置约为$H_{\text{EB}}=130$，Oe，它随温度的升高而降低，在70 K以上消失.
2015-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic phase transitions in Ta/CoFeB/MgO multilayers
我们研究了Ta/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO多层膜的电输运特性和磁性隧道结纳米柱。这些测量结果表明，在Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO界面处形成了磁性氧化物层。在大约160 K时，氧化物经历从低温下的绝缘反铁磁体到高温下的导电弱铁磁体的相变。这种界面磁性氧化物有望对用于自旋扭矩存储器的CoFeB基多层膜的磁性产生重大影响。
2015-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy in as-deposited CoFeB/MgO thin films
在各种缓冲层上，特别是在许多新发现的自旋轨道扭矩（SOT）材料上制备垂直磁化的铁磁薄膜，以构建节能的自旋轨道电子器件，是一个长期存在的挑战。即使对于广泛使用的CoFeB/MgO结构，垂直磁各向异性（PMA）也只能通过高于300 °C的后退火在有限的缓冲层上建立。在这里，我们报告说，PMA的CoFeB/MgO薄膜可以可靠地建立在各种缓冲层的情况下，后退火。进一步的结果表明，MgO厚度的精确控制，决定了氧在下面的CoFeB层中的扩散，是获得沉积态PMA的关键。有趣的是，与先前的理解相反，后退火并不影响良好建立的沉积PMA显着，但确实提高了不饱和PMA与厚MgO层通过调制氧分布，而不是结晶度或Co和Fe-O键合。此外，我们的研究结果表明，氧扩散也起着关键作用的PMA在高温下的降解。这些结果为基于各种高效SOT材料构建自旋轨道电子器件提供了一种实用的方法。
2022-08-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fieldlike and antidamping spin-orbit torques in as-grown and annealed Ta/CoFeB/MgO layers
本文对垂直磁化Ta/CoFeB/MgO多层膜中的电流感生自旋轨道力矩进行了全面的研究。将样品在高达300摄氏度的步骤中退火，并使用X射线吸收光谱、透射电子显微镜、电阻率和霍尔效应测量进行表征。通过进行绝热谐波霍尔电压测量，我们表明，横向（类场）和纵向（反阻尼类）的自旋轨道转矩组成的恒定和磁化依赖的贡献，这两者都强烈地随退火。这种变化与饱和磁化强度和磁各向异性的变化相关，并被分配到层的化学和结构修改。恒定和各向异性扭矩项作为退火温度的函数的相对变化是相反的类场和antidamping扭矩。用亚μs电流脉冲测量开关几率表明，临界电流随层的磁各向异性增加而增加，而开关效率（以磁各向异性能量与脉冲能量之比表示）则减小。实现最大磁各向异性、饱和磁化强度和开关效率的最佳退火温度被确定为在240摄氏度和270摄氏度之间。
2014-07-15 cond-mat.mes-hall
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
Electric-field-induced parametric excitation of exchange magnons in a CoFeB/MgO junction
电场控制的磁化动力学是低功率自旋电子器件的重要组成部分。在这封信中，我们证明了电场诱导的CoFeB/MgO结的参数激发通过使用界面的面内磁各向异性。当面内磁各向异性与外磁场平行时，利用电场诱导参量激发，可以有效地激发磁振子。它的波长和波数通过改变输入功率和施加电压的频率来调谐。一个广义的唯象模型来解释潜在的作用的电场扭矩。无焦耳热的电激励为磁振子器件的发展和磁系统中各种非线性动力学的研究提供了良好的机会。
2021-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy-efficient W$_{\text{100-x}}$Ta$_{\text{x}}$/CoFeB/MgO spin Hall nano-oscillators
我们研究了一种W-Ta合金化的方法来降低基于纳米收缩的自旋霍尔纳米振荡器的自振荡电流密度和功耗。利用自旋矩铁磁共振（ST-FMR）测量了t = 1.4、1.8和2.0 nm的W $_{\text{100-x}}$ Ta $_{\text{x}}$（5 nm）/CoFeB（t）/MgO堆叠的微棒，我们测量了自旋轨道矩效率和自旋霍尔电导率的实质性改善。我们证明了阈值自振荡电流密度降低34%，这转化为64%的功耗降低相比，纯W基SHNO。我们的工作展示了W-Ta合金化对于新兴自旋电子器件的节能操作的有前途的方面。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Mid-infrared optical properties of non-magnetic-metal/CoFeB/MgO heterostructures
本研究利用中红外光谱椭偏仪表征非磁性金属/CoFeB/MgO异质结构，提取了CoFeB的介电函数及界面二维电子气的Drude参数和自旋轨道耦合特征，发现其依赖底层金属类型，为异质结构的光学调控提供了非侵入性表征手段。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall
Electric-field-induced strain-mediated magnetoelectric effect in CoFeB-MgO magnetic tunnel junctions
磁偶极子和电偶极子之间的磁电耦合是现代物理学发展最节能的磁数据存储的基石之一。传统上，磁电耦合是在单相多铁性或磁电复合纳米结构组成的铁磁和铁电/压电材料。本文利用动态磁电和压电响应力显微测量技术，研究了非压电材料的CoFeB/MgO磁性隧道结中的电场诱导应变介导磁电效应。研究表明，外加电场在介电MgO的几个原子层中引起应变，应变被转移到磁致伸缩CoFeB层，导致在-0.5 V下的幅度高达80.8 V cm-1 Oe-1的磁电效应。在磁性隧道结中利用电场介导的磁电效应是朝向探索磁电控制的自旋电子器件的重要一步，低功率和高密度磁数据存储应用。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field modulation of the non-linear areal magnetic anisotropy energy
研究了具有重金属衬底的CoFeB/MgO栅异质结中压控磁各向异性（VCMA）与铁磁层厚度的关系。当有效CoFeB厚度小于~1 nm时，Ta/CoFeB/MgO异质结构的VCMA效率随着CoFeB厚度的减小而显著降低。我们发现，一个高阶的唯象项，用来描述的厚度依赖性的面积磁各向异性能量也可以占面积VCMA效率的变化。在这种结构中，高阶项与常见的界面VCMA竞争，从而降低了在较低CoFeB厚度下的效率。面积VCMA效率即使在有效CoFeB厚度超过约lnm时也不饱和。我们认为高阶项与CoFeB/MgO界面处的应变有关：由于CoFeB层的平均应变随其厚度变化，CoFeB/MgO界面的电子结构变化，导致区域磁各向异性能和VCMA效率的变化。
2017-01-16 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
Superparamagnetic dwell times and tuning of switching rates in perpendicular CoFeB/MgO/CoFeB tunnel junctions
磁性隧道结的薄电极可以在非常低的温度下显示出超顺磁性。我们分析了它们在不同温度、磁场和电场下的热致开关。虽然停留时间遵循阿克里先乌斯定律，但与单域激活模型相比，它们的数量级太小了。包括熵效应消除了这种不一致性，并导致磁激活体积远小于电极的磁激活体积。比较不同的势垒厚度的数据，然后允许分离的影响，泽曼能量，自旋转移扭矩和电压引起的各向异性变化的停留时间。基于这些结果，我们展示了通过结合磁场和电场来调整开关速率，这为它们在噪声神经网络中的应用开辟了一条道路。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
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
Domain Wall Motion Driven by Laplace Pressure in CoFeB-MgO Nanodots with Perpendicular Anisotropy
我们研究了尺寸从w=400 nm到1 μm的具有垂直各向异性的CoFeB-MgO纳米点的磁化反转。与以前的实验相反，随着元件尺寸的减小，开关场分布向低磁场方向移动，平均开关场变化为1/w。我们表明，这种机制可以解释成核的钉扎磁畴壁（DW）在纳米点的边缘，其中的损害是由图案化过程中引入。由于当减小纳米点的尺寸时施加在DW上的表面张力（拉普拉斯压力）增加，我们证明了使整个元件反转的脱钉场随1/w变化。这些结果表明，DW的存在下，必须考虑在纳米级元件的开关过程中，并打开一条通往可扩展的自旋电子器件的路径。
2018-04-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Layer thickness dependence of the current induced effective field vector in Ta|CoFeB|MgO
电流感生的有效磁场在磁性异质结构中的作用越来越受到人们的关注，因为它可以提供有效的方法来电操纵磁化。两种效应，称为Rashba自旋轨道场和自旋霍尔自旋力矩，据报道是产生有效场的原因。然而，缺乏对有效场的定量理解，包括其相对于电流的方向。本文给出了Ta |CoFeB| MgO异质结中电流感生有效场的矢量测量。有效场与Ta和CoFeB层的厚度有很大的关系。特别地，Ta层的1nm厚度变化可以导致有效场的近两个数量级的差异。此外，当Ta层厚度减小时，其符号改变，表明存在两种竞争效应对有效场有贡献。的有效场矢量分量的相对大小，定向横向和平行于电流，随着Ta厚度的变化而变化。我们的研究结果说明了深刻的特点，只有几个原子层厚的金属和它们对磁化动力学的影响。
2012-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Low Temperature Functioning CoFeB/MgO Based Perpendicular Magnetic Tunnel Junction for Cryogenic Nonvolatile Random Access Memory
研究了CoFeB/MgO基垂直磁性隧道结（pMTJ）的准静态开关电压、高速脉冲写入误码率和低至9 K的耐温性能。pMTJ器件表现出高的磁阻（>120%）和可靠的（错误率<10-4）双向开关，具有2至200 ns的电压脉冲。在相同的写入条件下，器件在9 K下的耐久性超过300 K的耐久性三个数量级，在10 ns写入脉冲下工作超过10^12个周期。与350 K时的临界开关电压相比，9 K时的临界开关电压随脉冲宽度的增加而增加33%~ 93%。对毯式pMTJ膜堆叠的铁磁共振和磁化测量表明，增加的切换电压与随着温度降低的自由层的有效磁各向异性和磁化的增加相关联。我们的工作表明，基于CoFeB/MgO的pMTJ具有实现低温MRAM的巨大潜力，并且其低温磁化强度和有效磁各向异性可以进一步优化以降低操作功率并提高耐久性。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Extrinsic tunnel Hall effect in CoFeB/MgO/Pt junctions
本文研究 CoFeB/MgO/Pt 隧道结中的霍尔效应，发现横向电压含线性与二次部分，后者源于势垒电场诱导的自旋轨道散射，且随 Pt 厚度增加而减弱。
2022-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Angular and temperature dependence of current induced spin-orbit effective fields in Ta/CoFeB/MgO nanowires
在金属/铁磁体/氧化物三层膜中电流感生自旋轨道有效磁场提供了一种新的方法来操纵磁化强度，这是一种替代传统的电流感生自旋转移力矩所产生的非共线磁化。Ta/CoFeB/MgO结构由于其垂直各向异性和大电流诱导的自旋轨道有效场而被期望用于非易失性存储器和逻辑器件。然而，许多方面，如角度和温度依赖的有效场的现象是很少了解。在这里，我们评估的角度和温度依赖性的电流诱导的自旋轨道有效场考虑从反常和平面霍尔效应的贡献。在300 K时，有效场的纵向和横向分量与磁化方向有很强的角度依赖关系。横向场随温度的降低而显著降低，而纵向场则表现出较弱的温度依赖性。我们的研究结果揭示了重要的功能，并提供了一个更全面的了解电流诱导的自旋轨道有效场的机会。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization reversal in sub-100nm magnetic tunnel junctions with ultrathin MgO barrier biased along hard axis
本文报道了亚100 nm椭圆CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的室温磁电阻和低频噪声。对于沿难磁化轴施加的磁场，我们观察到电流诱导的磁化在反平行和平行排列之间切换，在DC电流密度低至4* 106 A/cm 2。我们把临界电流的低值归因于隧道势垒中局部减少的影响，这影响了电流分布。随机电报噪声，这出现在附近的磁化开关的字段间隔的分析，提供了一个估计的伪针孔的尺寸，通过本地自旋扭矩触发磁化开关。微磁学模拟定性和定量再现的主要实验观察。
2013-05-27 cond-mat.mes-hall
Interface control of the magnetic chirality in TaN|CoFeB|MgO heterosctructures
最近的进展，在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例，以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）在形成Neel型畴壁中起关键作用，该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动，自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里，我们表明，的符号，这决定了畴壁与电流移动的方向，可以通过修改相邻的非磁性层改变。我们发现当Ta底层掺杂氮时，在Ta |CoFeB| MgO异质结构中畴壁螺旋的旋转方向是相反的。Ta和氮掺杂的Ta底层的自旋霍尔角具有相同的符号，这表明在界面处限定了自旋霍尔角的符号。取决于旋转的方向，自旋转移力矩和自旋霍尔力矩可以相互竞争或相互帮助，从而影响用电流移动畴壁的效率。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin orbit torque-driven motion of quasi-Bloch domain wall in perpendicularly magnetized W/CoFeB/MgO structure
本文研究垂直磁化 W/CoFeB/MgO 薄膜中自旋轨道矩驱动准布洛赫畴壁的运动特性，通过一维模型与实验结合揭示 SOT 为主要驱动力，并给出阈值电流密度解析表达式，为畴壁器件设计提供指导。
2025-01-06 cond-mat.mes-hall
Anomalous temperature dependence of current induced torques in CoFeB|MgO heterostructures with Ta based underlayers
研究了CoFeB中电流感生有效场的底层厚度和温度依赖关系|具有Ta基底层的MgO异质结构。有效场饱和的底层厚度在有效场的两个正交分量之间被发现是不同的，即类阻尼项倾向于在比类场项更小的底层厚度处饱和。对于大的底层厚度的薄膜中的有效场饱和，我们发现，温度显着影响的有效场的大小。一个显着的差异被发现在两个组件的温度依赖性：类阻尼项减少，而类场项增加，随着温度的升高。使用一个简单的自旋扩散-自旋转移模型，我们发现，所有这些结果可以解释提供的有效自旋混合电导的实部和虚部是负的。这些结果意味着，无论是在这个系统中的自旋输运是不同于传统的金属界面或影响其他自旋扩散到磁性层需要考虑，以准确地模拟系统。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface control of the magnetic chirality in CoFeB|MgO heterosctructures with heavy metal underlayers
最近的进展，在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例，以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）在形成Neel型畴壁中起关键作用，该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动，自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里，我们表明，在垂直磁化的X |CoFeB| MgO异质结构中，通过改变相邻的重金属底层（X），可以改变重金属的强度和符号。尽管具有相同的自旋霍尔角，但取决于底层，畴壁沿着或逆着电子流移动。我们发现，当底层由Hf变为W时，畴壁螺旋的旋转方向是相反的，并且畴壁螺旋的强度随重金属层的5d电子数的变化而变化。甚至可以通过向底层中添加氮来调节磁性，从而允许磁性异质结构中的磁性织构的界面工程。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanomagnetic logic with non-uniform states of clocking
纳米磁性逻辑沿着纳米磁体的路径传输信息。驱动这种传输的基本机制，称为时钟，可以通过利用自旋霍尔效应来实现，正如最近在Ta/CoFeB/MgO多层膜的实验中观察到的那样[D. Bhowmik等人，纳诺。9，59（2013）]。本文采用全微磁框架，考虑Ta/CoFeB/MgO和Pt/CoFeB/MgO两种不同的器件，给出了自旋霍尔驱动时钟的基本机制。前者用于直接比较的数值结果与实验，而后者允许预测的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（ESTA）的时钟机制的效果。结果表明，时钟状态是不均匀的，它的特点是由Bloch（Néel）畴壁分离的畴的存在取决于的不存在（存在）的晶体。我们的研究结果指出，对于纳米磁逻辑的设计，一个完整的微磁方法是必要的。
2016-02-08 cond-mat.mes-hall
Robust stabilization of high-frequency magnetic droplets in W-CoFeB-MgO nanoconstriction spin Hall nano-oscillators
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔基分校）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
本研究通过微磁学模拟，在CMOS兼容的W/CoFeB/MgO纳米窄条SHNO中实现了斜向磁场下高频非传播磁滴的鲁棒稳定，揭示了不同电流密度下磁滴的振荡行为及磁场对其传播特性的调控作用。
2026-08-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Revealing nanoscale disorder in W/CoFeB/MgO ultra-thin films using domain wall motion
在超薄磁性薄膜中，无序能显著阻碍畴壁运动。在通往基于有效畴壁的器件的道路上的主要问题之一仍然是在纳米尺度上的钉扎景观的表征。在本文中，我们研究的W/CoFeB/MgO薄膜的垂直磁各向异性的结晶退火在400 $^{\circ}$ C和一个过程的基础上的He $^{+}$照射结合高温的磁畴壁运动。磁性能是相似的，为整个系列的样品，而磁畴壁迁移率是在辐照样品中的关键改善。通过使用一个分析模型来提取纳米级的钉扎参数，我们揭示了结晶样品的无序的重要变化。这项工作提供了一个独特的机会，有选择地分析的影响，在畴壁动力学的障碍，没有磁性能的变化的贡献。我们的研究结果强调了在设计基于畴壁运动的器件时评估材料的纳米级钉扎参数的重要性，这反过来可以成为探测超薄磁性膜中的无序的有力工具。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling Domain-Wall Nucleation in Ta/CoFeB/MgO Nanomagnets via Local Ga+ Ion Irradiation
畴壁成核过程的全面控制对于基于自旋的新兴技术是至关重要的，所述新兴技术从随机存取和存储级存储器到畴壁逻辑概念到纳米磁性逻辑。在这项工作中，聚焦Ga+离子辐照研究作为一种有效的手段来控制域壁成核Ta/CoFeB/MgO纳米结构。我们发现，类似于He+照射，它不仅可以减少垂直磁各向异性，而且还可以显着增加它，使新的，双向的操纵方案。首先，在薄膜水平上评估辐照效应，概述了磁能景观中的剂量依赖性变化。随后的时域成核特性的照射纳米结构揭示了各向异性领域的大幅增加，但令人惊讶的是，对测量的能量势垒的影响很小，表明收缩成核体积。畴壁形核点的空间控制是通过采用预辐照磁体的聚焦辐照来实现的，引入的圆形缺陷的直径控制磁致伸缩性。特别注意的成核机制，从斯通-Wohlfarth粒子的相干旋转从各向异性梯度脱钉。动态微磁模拟和相关的测量，除了模型和分析这种脱钉为主的磁化反转。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage-controlled antiferromagnetism in magnetic tunnel junctions
我们证明了在CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中的电压控制的交换偏置效应，该效应与在CoFeB电极和MgO势垒之间形成的界面Fe（Co）Ox有关。界面反铁磁性，巨隧穿磁电阻，和急剧切换的磁化CoFeB的独特组合允许灵敏的检测交换偏置。发现在低温下，交换偏置场可以由磁场等温控制。更重要的是，交换偏置也可以有效地操纵的电场施加到MgO势垒由于电压控制的反铁磁各向异性在这个系统中。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The current-induced spin-orbit torque and field-free switching from Mo-based magnetic heterostructures
Mo/CoFeB/MgO磁性异质结构具有很强的垂直磁各向异性和热稳定性。通过电流感生磁滞回线位移的测量，我们发现Mo/CoFeB/MgO异质结构的类阻尼自旋轨道矩（SOT）效率为$ξ_{DL}\approx -0.003\pm 0.001$，并且在300 $^\circ$ ~ 400 $^\circ$ C范围内与退火温度无关。虽然$|ξ_{DL}|$与Ta或W基异质结构相比很小，但仍然可以实现热稳定的Mo/CoFeB/MgO异质结构的可逆电流诱导SOT开关。此外，我们观察到无场电流诱导开关从Mo/CoFeB/MgO结构与Mo层被楔形沉积。我们的研究结果表明，即使是一个弱的自旋轨道相互作用的4d过渡金属，如钼，它仍然有可能产生足够的自旋电流为传统的SOT开关和实现无场电流感应开关的结构工程。
2018-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal domain wall dynamics under electric field in Ta/CoFeB/MgO devices with perpendicular anisotropy
铁磁/氧化物电介质结构中的电场效应提供了一种以低功耗控制畴壁动力学的新途径。然而，电场对DW速度的影响到目前为止只观察到在蠕变制度，DW速度低，由于强相互作用与钉扎网站。在这里，我们展示了具有垂直磁各向异性的Ta/Co 40 Fe 40 B20/MgO/TiO 2结构中从蠕变到流动状态范围内的DW速度的栅极电压调制。我们证明了一个通用的描述的作用，施加的电场在各种钉扎依赖的制度，考虑到一个有效的磁场是线性的电场。此外，发现电场效应在Walker机制中改变符号。我们的工作为铁磁金属/绝缘体界面电场效应的研究和优化提供了新的机会。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal-magnetic noise measurement of spin-torque effects on ferromagnetic resonance in MgO-based magnetic tunnel junctions
铁磁共振热磁噪声（T-FMR）可以用来测量纳米磁性隧道结（MTJ）的磁垂直各向异性。为此目的，T-FMR测量进行了与外部磁场高达14千奥斯特施加垂直于膜表面的MgO为基础的MTJ下的直流偏置。观察到的频率-场关系表明，20 A CoFeB自由层具有比CoFeB的本征体值小得多的有效退磁场，其中4PiMeff =（6.1 +/- 0.3）kOe。这个值是一致的饱和磁场从相同的CoFeB厚度的扩展膜上的磁力测量。另一方面，面内T-FMR对于有效退磁场显示出不太一致的结果，这可能是由于更复杂模式的激发。这些实验表明，垂直T-FMR是首选的纳米MTJ的定量磁表征。
2009-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible magneto ionics in crystallized W Co20Fe60B20 MgO HfO2 ultra-thin films with perpendicular magnetic anisotropy
研究非晶和晶化W/CoFeB/MgO/HfO2超薄膜中电场对垂直磁各向异性的调制，发现晶化体系中存在非易失可逆磁离子效应，为磁隧道结集成提供新路径。
2025-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Single-shot laser-pulse-induced magnetization reversal in CoFeB/MgO-based magnetic tunnel junctions
Université de Lorraine, CNRS, IJL（洛林大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）；Tohoku University（东北大学）；Inamori Research Institute for Science（稻盛科学研究所）
研究基于CoFeB/MgO的磁性隧道结中的单脉冲激光诱导磁化反转，通过调整Ru覆盖层厚度改变激光能量吸收分布，借助隧道磁电阻效应检测反转，发现超快自旋输运等可能助于开关过程，朝着超快光学控制与MTJ技术集成迈进。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin injection and pumping generated by a direct current flowing through a magnetic tunnel junction
通过磁性隧道结（MTJ）的电荷流导致自旋极化电流的产生，该自旋极化电流对磁化施加自旋转移力矩（STT）。当施加的直流电流密度超过某个临界值时，STT在MTJ的“自由”电极中激发高频磁化进动。这种旋进产生微波输出电压，并且还可以用于自旋泵入相邻的正常金属或半导体。在这里，我们从理论上描述的自旋动力学和电荷输运的CoFeB/MgO/CoFeB/Au隧穿异质结连接到一个恒流源。通过对Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程进行数值积分，计算了具有弱垂直各向异性的自由CoFeB层中的磁化动力学，该方程同时考虑了与CoFeB相关的STT和压控磁各向异性|MgO界面结果表明，在一定范围内的相对较低的电流密度下，可以产生一个大角度的磁化进动，由电诱导的动态自旋重取向转变。然后，与注入的自旋电流一起评估振荡的自旋电流，该振荡的自旋电流由于这种进动而被泵入Au覆盖层。同时考虑驱动自旋极化电荷流和泵浦自旋电流，我们还描述了CoFeB/Au双层膜中的电荷输运，并考虑了反常和逆自旋霍尔效应.计算CoFeB/Au双层的横向侧之间的电势差作为距CoFeB的距离的函数|MgO界面结果发现，这种横向电压信号在金是足够大的实验检测，这表明所提出的电流驱动的自旋注入器的显着效率。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Pumping and Inverse Spin Hall Effect in Germanium
我们在室温下测量了\textit{n} -Ge的逆自旋霍尔效应（ISHE）。锗中的自旋电流是通过自旋泵从CoFeB/MgO磁性隧道结产生的，以防止阻抗失配问题。在CoFeB的铁磁共振下，在Ge中测量到明显的电动势。同样的研究，然后进行了几个测试样品，特别是我们已经调查了MgO隧道势垒和样品退火对ISHE信号的影响。首先，生长在$_{2}$上的参考CoFeB/MgO双层膜由于各向异性磁阻和异常霍尔效应而表现出明显的电动势，所述异常霍尔效应由相对于谐振场的不对称贡献主导。我们还发现，MgO隧道势垒是必不可少的观察ISHE在Ge和样品退火系统导致信号的增加。我们提出了一个理论模型的基础上存在的本地化状态之间的界面上的MgO隧道势垒和锗占这些意见。最后，我们的所有结果与重掺杂$n$ -Ge中ISHE的观察完全一致，并且我们可以估计室温下的自旋霍尔角为$\approx$ 0.001。
2013-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inductive determination of the optimum tunnel barrier thickness in magnetic tunnelling junction stacks for spin torque memory applications
我们使用脉冲感应微波磁强计研究旋进磁化动力学的CoFeB/MgO/CoFeB为基础的磁性隧道结堆栈与不同的MgO势垒厚度的自由层。从进动频率的场依赖性，我们能够推导出单轴各向异性能量和自由层和钉扎层之间的交换耦合。此外，场的依赖性的有效阻尼参数的推导。在一定的阈值势垒厚度以下，我们观察到自由层和钉扎层的反平行取向的有效阻尼增加，这将抑制可逆的低电流密度自旋扭矩磁化反转。这种感应测量，结合基于晶片探针台的磁输运实验，允许快速确定用于无光刻工艺中的自旋扭矩存储器应用的最佳隧道势垒厚度范围。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall
Pulse-width and Temperature Dependence of Memristive Spin-Orbit Torque Switching
由磁性异质结构形成的磁性存储器装置具有相当大的自旋轨道力矩（SOT）效率和高热稳定性以实现此类存储器装置的有效SOT控制和稳健存储两者是至关重要的。然而，大多数以前的研究对各种类型的磁性异质结构只集中在它们的SOT效率，而其中的热稳定性在很大程度上被忽略。在本工作中，我们研究了两种类型的W基异质结构，即W/CoFeB/MgO（标准）和CoFeB/W/CoFeB/MgO（无场），从25 ^{ \circ }C（298 K）到80 ^{ \circ}C（353 K）的温度依赖的SOT和稳定性。通过温度依赖的SOT特性，两个系统的SOT效率被发现是不变的研究温度范围内。温度依赖的电流感应SOT开关测量进一步表明，临界开关电流密度相对于环境温度降低;对于标准和无场系统，热稳定性因子（Δ）也随着温度的升高而降低。还研究了不同脉宽和温度下两种系统中忆阻SOT的开关行为。我们的研究结果表明，尽管SOT功效对热效应是稳健的，但在升高的温度下Δ的减小可能对标准存储器以及神经形态（忆阻）器件应用不利。
2020-12-10 cond-mat.mes-hall
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
Low frequency noise peak near magnon emission energy in magnetic tunnel junctions
我们报告的低频（LF）噪声测量在磁性隧道结（MTJ）低于4 K和低偏置，其中的运输受到强烈影响的散射与热隧穿电子发射的磁振子，磁振子从环境中的热激活被抑制。对于CoFeB/MgO/CoFeB和CoFeB/AlO $_{x}$ /CoFeB MTJ，在磁振子发射能量附近的偏置电压下观察到增强的LF噪声，在噪声功率谱密度的偏置依赖性中形成峰值，与磁配置无关。对于未退火的基于AlO $_{x}$的MTJ，噪声峰值高得多且宽得多，并且除了频域中的洛伦兹形状噪声谱之外，在时间迹线中可见随机电报噪声（RTN）。在重复测量期间，噪声峰值降低并且RTN变得难以分辨，这表明缺陷被退火。洛伦兹形状噪声谱可以与RTN的偏置依赖激活相拟合，其尝试频率在MHz范围内，与磁振子动力学一致。这些研究结果表明，磁振子辅助激活的缺陷作为增强的LF噪声的起源。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall
Current-Induced magnetization switching by the high spin Hall conductivity $α$-W
源自诸如Pt、Ta和W的5d重过渡金属薄膜的自旋霍尔效应能够产生可以切换相邻磁性层的有效自旋轨道转矩。这种机制可以作为控制下一代磁存储器的传统自旋转移力矩的替代方案。在所有5d过渡金属中，W在其电阻性非晶相中通常显示出最大的自旋-轨道扭矩效率~ 0.20-0.50。相比之下，其导电和结晶$α$相具有显著更小的效率~ 0.03，并且使用$α$ -W薄膜作为自旋霍尔源尚未实现自旋轨道转矩切换。在这项工作中，通过对高质量W/CoFeB/MgO和反向MgO/CoFeB/W磁性异质结构的全面研究，我们发现，虽然非晶W具有更大的自旋轨道扭矩效率，但$α$ -W（$|σ_{\operatorname{SH}}^{α\operatorname{-W}}|=3.71\times10^{5}\operatornameΩ^{-1}\operatorname{m}^{-1}$）的自旋霍尔电导率比非晶W（$|σ_{\operatorname{SH}}^{\operatorname{amorphous-W}}|=1.05\times10^{5}\operatornameΩ^{-1}\operatorname{m}^{-1}$）大约3.5倍。此外，我们展示了自旋-轨道力矩驱动的磁化翻转使用MgO/CoFeB/ $α$ -W异质结构。我们的研究结果表明，导电和高自旋霍尔电导率$α$ -W可以是一个潜在的候选人，为…
2019-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous and Topological Hall Resistivity in Ta/CoFeB/MgO Magnetic Systems for Neuromorphic Computing Applications
本文研究了Ta/CoFeB/MgO磁性异质结中斯格明子的反常与拓扑霍尔电阻率，结合实验与微磁学模拟提出基于斯格明子的突触器件，并在MNIST上实现接近90%的识别准确率。
2023-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Pumping laser excited spins through MgO barriers
研究了MgO基磁性隧道结中的隧道磁塞贝克效应。电极由具有面内磁各向异性的CoFeB组成。使用激光加热来产生跨越MTJ层堆叠的电压的温度梯度。使用这种方法，可以在微米长度尺度上控制温度：在这里，我们研究TMS电压和TMS效应如何取决于所施加的激光光斑的大小、位置和强度。在这项研究中，跨结创建了各种不同的温度分布。我们记录的二维地图上的激光光斑的位置和相应的计算TMS值的依赖加热产生的电压。电压的值和符号发生变化，从直接在中心加热MTJ时的大正值到加热边缘上的结时的小值，甚至是加热远离结的样品时的小负值。这些过零点导致非常高的计算TMS比率。我们的系统分析表明，温度梯度的分布是必不可少的，以实现高电压信号和合理的TMS比。此外，边缘上的伪影产生误导性结果，但也为自旋电子器件中的自旋电子学开辟了更复杂的加热场景的进一步可能性。
2017-02-16 cond-mat.mes-hall
Tunneling magneto thermo power in magnetic tunnel junction nanopillars
研究了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结纳米柱的隧穿磁热功率（TMTP）。通过微图案化的电加热器线产生跨结的热梯度。测量在纳米柱的顶部和底部接触之间的高达几十个\muV的热功率电压，其与所施加的加热功率并且因此与所施加的温度梯度成线性比例。热功率信号变化高达10 \muV后，两个CoFeB层的相对磁配置从平行到反平行的反转。该信号变化对应于100 \muV /K量级的大的自旋相关塞贝克系数和高达90%的隧道结的大的TMTP变化。
2011-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
