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STT-MRAM存储器的研究进展 被引量:20
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作者 赵巍胜 王昭昊 +3 位作者 彭守仲 王乐知 常亮 张有光 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2016年第10期63-83,共21页
基于自旋转移矩的磁性随机存储器(Spin Transfer Torque-Based Magnetoresistive RAM,STT-MRAM)具有非易失性、可无限擦写和快速写入等优点而有望成为下一代低功耗通用存储器.尤其是近年来STT-MRAM商用芯片的成功问世进一步推动了该器... 基于自旋转移矩的磁性随机存储器(Spin Transfer Torque-Based Magnetoresistive RAM,STT-MRAM)具有非易失性、可无限擦写和快速写入等优点而有望成为下一代低功耗通用存储器.尤其是近年来STT-MRAM商用芯片的成功问世进一步推动了该器件的研究与应用.本文首先阐述了MRAM的基本原理与发展历程,着重介绍了写入技术的演变以及磁各向异性的改善.然后总结了近期在3个领域的研究成果:(1)学术界开展了大量研究以探讨制备工艺和器件结构等因素对界面垂直磁各向异性的影响;(2)CoFeB-MgO双界面结构被提出,该结构在不增大写入电流的前提下增强了磁隧道结的热稳定性势垒;(3)新兴的自旋轨道矩写入方式引起了广泛的关注,该技术有望解决传统自旋转移矩所面临的速度瓶颈和势垒击穿风险.最后,本文扼要地介绍了STT-MRAM在芯片设计领域的最新进展. 展开更多
关键词 垂直磁各向异性 自旋转移矩 自旋轨道矩 双界面磁隧道结 磁性随机存储器 低功耗 非易失
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基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展 被引量:8
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作者 何聪丽 许洪军 +8 位作者 汤建 王潇 魏晋武 申世鹏 陈庆强 邵启明 于国强 张广宇 王守国 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期225-236,共12页
在具有自旋-轨道耦合效应的材料中,电荷流能够诱导产生垂直于电流方向的纯自旋流,当其注入近邻的磁性层时,会对其磁矩产生自旋-轨道矩.自旋-轨道矩能够快速、高效地翻转磁矩,为开发高性能的自旋电子器件提供了一种极佳的磁矩操控方式.... 在具有自旋-轨道耦合效应的材料中,电荷流能够诱导产生垂直于电流方向的纯自旋流,当其注入近邻的磁性层时,会对其磁矩产生自旋-轨道矩.自旋-轨道矩能够快速、高效地翻转磁矩,为开发高性能的自旋电子器件提供了一种极佳的磁矩操控方式.二维材料由于具有很多的优点,如种类丰富、具有多样化的晶体结构和对称性、能够克服晶格失配形成高质量的异质结、具有强自旋-轨道耦合、电导率可调等,为研究自旋-轨道矩提供了独特的平台,因此引起了人们的广泛关注.本文涵盖了近年来与二维材料及其异质结构中自旋-轨道矩研究相关的最新进展,主要包括了基于非磁性二维材料(如MoS_(2),WSe_(2),WS_(2),WTe_(2),TaTe_(2),MoTe_(2),NbSe_(2),PtTe_(2),TaS_(2)等)和磁性二维材料(如Fe_(3)Ge Te_(2),Cr_(2)Ge_(2)Te_(6)等)的异质结中自旋-轨道矩的产生、表征和对磁矩的操控等.最后指出了目前研究中尚未解决的问题与挑战. 展开更多
关键词 二维材料 自旋轨-道耦合 自旋-轨道矩 电流驱动磁矩翻转
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Influence of exchange bias on spin torque ferromagnetic resonance for quantification of spin–orbit torque efficiency
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作者 赵乾 张腾飞 +6 位作者 何斌 李子木 张森富 于国强 王建波 刘青芳 魏晋武 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期688-694,共7页
Antiferromagnet(AFM)/ferromagnet(FM)heterostructure is a popular system for studying the spin–orbit torque(SOT)of AFMs.However,the interfacial exchange bias field induces that the magnetization in FM layer is noncoll... Antiferromagnet(AFM)/ferromagnet(FM)heterostructure is a popular system for studying the spin–orbit torque(SOT)of AFMs.However,the interfacial exchange bias field induces that the magnetization in FM layer is noncollinear to the external magnetic field,namely the magnetic moment drag effect,which further influences the characteristic of SOT efficiency.In this work,we study the SOT efficiencies of IrMn/NiFe bilayers with strong interfacial exchange bias by using spin-torque ferromagnetic resonance(ST-FMR)method.A full analysis on the AFM/FM systems with exchange bias is performed,and the angular dependence of magnetization on external magnetic field is determined through the minimum rule of free energy.The ST-FMR results can be well fitted by this model.We obtained the relative accurate SOT efficiencyξ_(DL)=0.058 for the IrMn film.This work provides a useful method to analyze the angular dependence of ST-FMR results and facilitates the accurate measurement of SOT efficiency for the AFM/FM heterostructures with strong exchange bias. 展开更多
关键词 ANTIFERROMAGNETS spin-orbit torque exchange bias spin torque ferromagnetic resonance
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Two-dimensional magnetic materials for spintronic applications 被引量:1
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作者 Shivam N.Kajale Jad Hanna +1 位作者 Kyuho Jang Deblina Sarkar 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2024年第2期743-762,共20页
Spintronic devices are driving new paradigms of bio-inspired,energy efficient computation like neuromorphic stochastic computing and in-memory computing.They have also emerged as key candidates for non-volatile memori... Spintronic devices are driving new paradigms of bio-inspired,energy efficient computation like neuromorphic stochastic computing and in-memory computing.They have also emerged as key candidates for non-volatile memories for embedded systems as well as alternatives to persistent memories.To meet the growing demands from such diverse applications,there is need for innovation in materials and device designs which can be scaled and adapted according to the application.Two-dimensional(2D)magnetic materials address challenges facing bulk magnet systems by offering scalability while maintaining device integrity and allowing efficient control of magnetism.In this review,we highlight the progress made in experimental studies on 2D magnetic materials towards their integration into spintronic devices.We provide an account of the various relevant material discoveries,demonstrations of current and voltage-based control of magnetism and reported device systems,while also discussing the challenges and opportunities towards integration of 2D magnetic materials in commercial spintronic devices. 展开更多
关键词 spinTRONICS van der Waals magnetic tunnel junction(MTJ) spin-orbit torque MAGNETISM
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SrRuO_(3)薄膜中自旋轨道力矩效率和磁矩翻转的晶向调控
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作者 赵珂楠 李晟 +4 位作者 芦增星 劳斌 郑轩 李润伟 汪志明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期305-312,共8页
过渡金属氧化物SrRuO_(3)薄膜因具有较大且可调的电荷流-自旋流互转换效率而成为自旋轨道力矩(SOT)器件中备受关注的自旋源材料.然而,目前对SOT效率的调控主要集中在衬底外延应力调节.本文研究了晶体取向对SrRuO_(3)薄膜SOT性能的调控作... 过渡金属氧化物SrRuO_(3)薄膜因具有较大且可调的电荷流-自旋流互转换效率而成为自旋轨道力矩(SOT)器件中备受关注的自旋源材料.然而,目前对SOT效率的调控主要集中在衬底外延应力调节.本文研究了晶体取向对SrRuO_(3)薄膜SOT性能的调控作用.制备了(111)取向SrRuO_(3)/CoPt异质结构,发现其SOT效率高达0.39,自旋霍尔电导达2.19×10^(5)■/(2e)Ω^(–1)·m^(–1),分别较(001)取向提高了86%和369%.此外,在SrRuO_(3)(111)器件中实现了低至2.4×10^(10)A/m^(2)临界电流密度下的电流驱动的垂直磁化翻转,较(001)晶向降低了37%.这些结果表明,晶体取向是显著提升SrRuO_(3)基SOT器件综合性能的有效途径,为发展高效自旋电子器件提供了新思路. 展开更多
关键词 过渡金属氧化物 电荷-自旋互转换 自旋-轨道力矩 晶向调控
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Spin logic devices based on negative differential resistance -enhanced anomalous Hall effect
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作者 Hongming Mou Ziyao Lu +2 位作者 Yuchen Pu Zhaochu Luo Xiaozhong Zhang 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期1437-1448,共12页
Owing to rapid developments in spintronics,spin-based logic devices have emerged as promising tools for next-generation computing technologies.This paper provides a comprehensive review of recent advancements in spin ... Owing to rapid developments in spintronics,spin-based logic devices have emerged as promising tools for next-generation computing technologies.This paper provides a comprehensive review of recent advancements in spin logic devices,particularly focusing on fundamental device concepts rooted in nanomagnets,magnetoresistive random access memory,spin–orbit torques,electric-field modu-lation,and magnetic domain walls.The operation principles of these devices are comprehensively analyzed,and recent progress in spin logic devices based on negative differential resistance-enhanced anomalous Hall effect is summarized.These devices exhibit reconfigur-able logic capabilities and integrate nonvolatile data storage and computing functionalities.For current-driven spin logic devices,negative differential resistance elements are employed to nonlinearly enhance anomalous Hall effect signals from magnetic bits,enabling reconfig-urable Boolean logic operations.Besides,voltage-driven spin logic devices employ another type of negative differential resistance ele-ment to achieve logic functionalities with excellent cascading ability.By cascading several elementary logic gates,the logic circuit of a full adder can be obtained,and the potential of voltage-driven spin logic devices for implementing complex logic functions can be veri-fied.This review contributes to the understanding of the evolving landscape of spin logic devices and underscores the promising pro-spects they offer for the future of emerging computing schemes. 展开更多
关键词 spin logic spinorbit torque negative differential resistance full-adder
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利用轨道转移力矩实现室温范德华磁存储 被引量:1
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作者 潘振存 李栋 +7 位作者 叶兴国 陈正 陈朝晖 王安琦 田明亮 姚光杰 刘开辉 廖志敏 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第22期2743-2749,M0005,共8页
具有非易失性的磁阻式随机存取存储器(MRAM)促进了诸如存内计算、神经形态计算和随机计算等在内的新兴应用.二维范德华异质结具有原子级平滑的界面和高度可调的物理性质,为MRAM的发展提供了新的技术路线.本文报道了基于WTe_2/Fe_(3)GaTe... 具有非易失性的磁阻式随机存取存储器(MRAM)促进了诸如存内计算、神经形态计算和随机计算等在内的新兴应用.二维范德华异质结具有原子级平滑的界面和高度可调的物理性质,为MRAM的发展提供了新的技术路线.本文报道了基于WTe_2/Fe_(3)GaTe_(2)/BN/Fe_(3)GaTe_(2)异质结构的全二维范德华磁存储器件,实现了室温下数据读取和写入的全电学调控.其数据读取基于由Fe_(3)GaTe_(2)/BN/Fe_(3)GaTe_(2)构筑的磁隧道结,而数据写入是通过WTe_(2)中电流诱导的轨道磁矩极化来实现的.该磁矩对近邻的磁性层Fe_(3)GaTe_(2)施加力矩作用,称为轨道转移力矩(OTT)效应.与传统的自旋转移力矩和自旋轨道力矩相比,OTT效应充分利用了WTe_2中面外取向的轨道磁矩,通过施加界面电流实现无外磁场辅助的垂直磁化翻转.该研究结果表明,基于轨道转移力矩的OTT-MRAM极有希望作为低功耗、高性能的存储器件应用. 展开更多
关键词 Magnetoresistive memory orbit-transfer torque spin-orbit torque Magnetization switching Magnetic tunnel junction 2D magnetic materials
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自旋轨道矩协助自旋转移矩驱动磁化强度翻转 被引量:1
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作者 王日兴 曾逸涵 +2 位作者 赵婧莉 李连 肖运昌 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期280-286,共7页
以磁隧道结/重金属层组成的三端口磁隧道结为理论模型,通过对包含自旋转移矩和自旋轨道矩的Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程做线性化稳定性分析,研究了自旋轨道矩协助自旋转移矩驱动的磁化强度翻转.发现在自旋轨道矩协助下,磁矩的翻... 以磁隧道结/重金属层组成的三端口磁隧道结为理论模型,通过对包含自旋转移矩和自旋轨道矩的Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程做线性化稳定性分析,研究了自旋轨道矩协助自旋转移矩驱动的磁化强度翻转.发现在自旋轨道矩协助下,磁矩的翻转时间极大减小,翻转时间随自旋轨道矩电流密度的增大而减小,且自旋转移矩和自旋轨道矩的结合可实现零磁场的磁化翻转.另外,相比自旋轨道矩的类阻尼项,类场项在磁化强度的翻转中起着主导作用,且自旋轨道矩类场项的出现也可以减小磁化强度的翻转时间,磁化强度翻转时间随自旋轨道矩类场项强度的增大而减小. 展开更多
关键词 磁化翻转 自旋转移矩 自旋轨道矩
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基于二维磁性材料的自旋轨道力矩研究进展
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作者 熊宜浓 吴闯文 +3 位作者 任传童 孟德全 陈是位 梁世恒 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期46-56,共11页
信息技术的高速发展对信息处理与存储器件的性能提出了更高的要求.同时,随着器件尺寸不断减小,传统基于电子电荷属性的半导体器件面临热耗散和量子尺寸效应的难题与挑战,半导体技术也由此进入后摩尔时代.区别于传统基于电荷的电子器件,... 信息技术的高速发展对信息处理与存储器件的性能提出了更高的要求.同时,随着器件尺寸不断减小,传统基于电子电荷属性的半导体器件面临热耗散和量子尺寸效应的难题与挑战,半导体技术也由此进入后摩尔时代.区别于传统基于电荷的电子器件,基于自旋属性的非易失性自旋电子器件不但具有较高的集成度、读写速度及读写次数,而且可有效避免热耗散,为信息存储、处理和通信等领域的发展构建了新的技术平台.近年来,二维材料凭借其独特的能带结构和丰富的物理性质而备受关注,特别是二维磁性材料体系在自旋电子学领域展现出极大的研究潜力和应用价值.本文首先介绍了二维材料常见制备方法,聚焦概述了二维磁性材料在自旋轨道电子学领域中的研究进展,最后对本领域研究进行了展望. 展开更多
关键词 自旋电子学 二维磁性材料 自旋轨道力矩
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基于外尔半金属WTe_(2)的自旋-轨道矩驱动磁矩翻转
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作者 魏陆军 李阳辉 普勇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期82-89,共8页
外尔半金属WTe_(2)有强自旋轨道耦合且能产生新奇非常规面外极化的自旋流,是近几年的新兴热点.同时WTe_(2)还具有高的电荷-自旋转换效率,能在无外磁场辅助的情况下实现垂直磁矩确定性的翻转,这对于高密度集成低功耗磁随机存取存储器至... 外尔半金属WTe_(2)有强自旋轨道耦合且能产生新奇非常规面外极化的自旋流,是近几年的新兴热点.同时WTe_(2)还具有高的电荷-自旋转换效率,能在无外磁场辅助的情况下实现垂直磁矩确定性的翻转,这对于高密度集成低功耗磁随机存取存储器至关重要.本文回顾了近几年WTe_(2)与铁磁层组成异质结构中自旋轨道矩研究的最新进展,包括用不同方法制备的WTe_(2)(例如机械剥离和化学气相沉积)与铁磁层(例如FeNi和CoFeB等)、二维磁体(例如Fe_(3)GeTe_(2)等)组成异质结的自旋轨道矩探测和磁矩翻转的电调控研究进展.最后,对相关研究的发展提出展望. 展开更多
关键词 WTe_(2) 自旋轨道矩 磁矩翻转的电调控
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热效应在电流驱动反铁磁/铁磁交换偏置场翻转中的显著作用
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作者 何宇 陈伟斌 +9 位作者 洪宾 黄文涛 张昆 陈磊 冯学强 李博 刘菓 孙笑寒 赵萌 张悦 《物理学报》 SCIE EI CSCD 北大核心 2024年第2期269-277,共9页
电流驱动的面内交换偏置场翻转具有无需外磁场辅助、抗磁场干扰以及强磁各向异性等优势,受到广泛关注.然而,在纳米级厚度薄膜系统中,反铁磁/铁磁异质结的阻塞温度较低,同时电流脉冲会产生大量的焦耳热,理论上电流热效应对于交换偏置场... 电流驱动的面内交换偏置场翻转具有无需外磁场辅助、抗磁场干扰以及强磁各向异性等优势,受到广泛关注.然而,在纳米级厚度薄膜系统中,反铁磁/铁磁异质结的阻塞温度较低,同时电流脉冲会产生大量的焦耳热,理论上电流热效应对于交换偏置场翻转有着显著作用,但是其作用机制缺乏相关研究和验证.我们制备了一系列反铁磁IrMn厚度不同的Pt/IrMn/Py异质结,系统性地研究了热效应在电流翻转交换偏置场中的作用机制.结果表明,在毫秒级电流脉冲下,焦耳热能够使得器件升温至阻塞温度以上,解除反铁磁/铁磁界面的交换耦合,同时电流产生的奥斯特场和自旋轨道矩能够翻转铁磁磁矩,在降温过程中完成交换偏置场的翻转.并且,在翻转过程中,反铁磁/铁磁异质结的各向异性磁阻曲线呈现与温度相关的两步磁化翻转现象,分析表明该现象起源于交换偏置耦合与铁磁直接交换作用之间的竞争关系.本文的研究结果厘清了热效应在电流驱动交换偏置场翻转过程中的重要作用,有助于推动基于电控交换偏置场的自旋电子器件发展. 展开更多
关键词 交换偏置场 反铁磁/铁磁 热效应 自旋轨道矩
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XOR spin logic operated by unipolar current based on field-free spin-orbit torque switching induced by a lateral interface
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作者 Yan-Ru Li Mei-Yin Yang +5 位作者 Guo-Qiang Yu Bao-Shan Cui Jin-Biao Liu Yong-Liang Li Qi-Ming Shao Jun Luo 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期3868-3875,共8页
Spin logics have emerged as a promising avenue for the development of logic-in-memory architectures.In particular,the realization of XOR spin logic gates using a single spin-orbit torque device shows great potential f... Spin logics have emerged as a promising avenue for the development of logic-in-memory architectures.In particular,the realization of XOR spin logic gates using a single spin-orbit torque device shows great potential for low-power stateful logic circuits in the next generation.In this study,we successfully obtained the XOR logic gate by utilizing a spin-orbit torque device with a lateral interface,which was created by local ion implantation in the Ta/Pt/Co/Ta Hall device exhibiting perpendicular magnetic anisotropy.The angle of the lateral interface is set at 45°relative to the current direction,leading to the competition between symmetry breaking and current-driven Néel-type domain wall motion.Consequently,the field-free magnetic switching reversed is realized by the same sign of current amplitude at this interface.Based on this field-free magnetic switching behavior,we successfully proposed an XOR logic gate that could be implemented using only a single spin-orbit torque Hall device.This study provides a potentially viable approach toward efficient spin logics and in-memory computing architectures. 展开更多
关键词 Filed-free magnetic switching spin-orbit torque XOR logic gate Lateral interface
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离子辐照对材料磁性的调控及其应用
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作者 郭玺 左亚路 +3 位作者 崔宝山 申铁龙 盛彦斌 席力 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期28-43,共16页
离子辐照技术具有离子束能量密度高、实验条件可精确控制,且不受化学剂量比影响的特点,利用离子束辐照材料,可实现定向掺杂,或精确引入和调控现缺陷位和密度等优势,因此在多个领域,如材料改性、芯片制造、生物医学、能源及化工领域都得... 离子辐照技术具有离子束能量密度高、实验条件可精确控制,且不受化学剂量比影响的特点,利用离子束辐照材料,可实现定向掺杂,或精确引入和调控现缺陷位和密度等优势,因此在多个领域,如材料改性、芯片制造、生物医学、能源及化工领域都得到了广泛应用.尤其在磁性材料改性领域,该技术能够通过细致控制离子束的能量、剂量和辐照方向,实现对磁性材料的定制化性能优化.为进一步提升磁性材料的性能并探索新的磁性器件,本文深入地探讨了离子辐照如何精确调制各种磁相互作用,并分析其对自旋霍尔效应和磁结构动力学的影响.首先着重介绍了离子辐照在调控垂直磁各向异性、交换偏置及RKKY相互作用等磁性特征方面的最新研究成果.这些调控手段对于理解和优化磁性材料的微观结构和性质至关重要.接着,本文详细地探讨了离子辐照在调控自旋轨道力矩器件中的重要作用.这些应用展示了离子辐照技术在设计高性能磁性存储和处理器件方面的潜力.最后,还讨论了辐照离子种类、能量、剂量、辐照面积等参数对磁斯格明子成核位置、密度、尺寸、稳定性以及磁斯格明子霍尔效应的调控作用,阐明了离子辐照改变磁斯格明子生成、湮灭、运动规律等方面的内在机理,为制备基于磁斯格明子运动的低功耗存储器件提供新的途径.此外,本文还就离子辐照技术在未来多功能磁性传感器及信息存储磁介质制备方面的可能应用进行了前瞻性分析.离子辐照技术为磁性材料的性能调控和应用扩展提供了新的可能性.随着研究的深入,这项技术有望在未来的材料科学、电子器件以及信息技术等多个领域发挥更大的作用. 展开更多
关键词 离子辐照 磁相互作用能 自旋轨道力矩 磁斯格明子
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Co基赫斯勒合金研究进展
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作者 许铭扬 李明华 +4 位作者 张垚 刘沛桥 李阔 王东伟 于广华 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1471-1485,共15页
Co基赫斯勒合金是一类具有高度有序晶体结构的金属间化合物,其化学组成常用Co2XY表示,其中X为过渡金属元素,Y为主族元素。相比于其他材料,它具有更高的自旋极化率、更高的居里温度以及更低的阻尼因子。基于这些优良特性使得Co基赫斯勒... Co基赫斯勒合金是一类具有高度有序晶体结构的金属间化合物,其化学组成常用Co2XY表示,其中X为过渡金属元素,Y为主族元素。相比于其他材料,它具有更高的自旋极化率、更高的居里温度以及更低的阻尼因子。基于这些优良特性使得Co基赫斯勒合金在自旋阀、隧道结及半导体自旋场效应管等自旋电子学器件中具有巨大的应用前景。本文回顾了近年来国际上关于Co基赫斯勒合金在垂直磁各向异性和自旋轨道转矩上的研究,从合金成分、微观结构、磁性层的厚度、缓冲层的材料、氧化物层的材料、元素扩散等方面总结了垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素。对垂直磁各向异性和自旋轨道转矩的影响因素的总结有助于更好地理解其深层物理机制以及在未来研究中的挑战与前景。 展开更多
关键词 Co基赫斯勒合金 垂直磁各向异性 自旋轨道转矩 影响因素
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BiSb/楔形铁磁结构中的自旋轨道矩无场切换
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作者 邱鹏 朱敏敏 +1 位作者 胡炜 张海忠 《功能材料与器件学报》 CAS 2024年第4期197-205,共9页
本工作通过微磁学模拟数值计算证实了以超低电流密度驱动拓扑绝缘体/楔形铁磁异质结构实现确定性无场切换是可行的。此外,我们研究了楔形铁磁层尺寸、界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、类场转矩和倾斜垂直磁各向异性的偏离极角等因... 本工作通过微磁学模拟数值计算证实了以超低电流密度驱动拓扑绝缘体/楔形铁磁异质结构实现确定性无场切换是可行的。此外,我们研究了楔形铁磁层尺寸、界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、类场转矩和倾斜垂直磁各向异性的偏离极角等因素对自旋轨道矩无场切换的影响。综合优化各个因素后,拓扑绝缘体(BiSb)/楔形铁磁异质结构的临界切换电流密度最低可降至9.0×10^(6) A/cm^(2),比传统重金属/铁磁结构的临界切换电流密度降低了1~2个数量级。这项研究对于推动低功耗自旋轨道矩磁性随机存储器的产业化应用具有重要的意义。 展开更多
关键词 自旋轨道矩 微磁学模拟 垂直磁各向异性 拓扑绝缘体 无场切换
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Wedge-shaped HfO_(2) buffer layer-induced field-free spin-orbit torque switching of HfO_(2)/Pt/Co structure
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作者 陈建辉 梁梦凡 +4 位作者 宋衍 袁俊杰 张梦旸 骆泳铭 王宁宁 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期662-667,共6页
Field-free spin-orbit torque(SOT)switching of perpendicular magnetization is essential for future spintronic devices.This study demonstrates the field-free switching of perpendicular magnetization in an HfO_(2)/Pt/Co/... Field-free spin-orbit torque(SOT)switching of perpendicular magnetization is essential for future spintronic devices.This study demonstrates the field-free switching of perpendicular magnetization in an HfO_(2)/Pt/Co/TaO_(x) structure,which is facilitated by a wedge-shaped HfO_(2)buffer layer.The field-free switching ratio varies with HfO_(2)thickness,reaching optimal performance at 25 nm.This phenomenon is attributed to the lateral anisotropy gradient of the Co layer,which is induced by the wedge-shaped HfO_(2)buffer layer.The thickness gradient of HfO_(2)along the wedge creates a corresponding lateral anisotropy gradient in the Co layer,correlating with the switching ratio.These findings indicate that field-free SOT switching can be achieved through designing buffer layer,offering a novel approach to innovating spin-orbit device. 展开更多
关键词 spin-orbit torque field-free switching HfO_(2) buffer layer
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基于朗道-利夫席茨-吉尔伯特方程的自旋阀动力学研究进展 被引量:4
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作者 郭子政 《信息记录材料》 2014年第3期56-64,共9页
巨磁阻效应的发现开辟了自旋电子学研究的新时代。目前,自旋电子学已经发展成为与磁学、半导体、微电子学、凝聚态物理等学科紧密结合的新学科。在自旋电子学研究中自旋阀结构,包括垂直自旋阀和横向自旋阀,发挥了至关重要的作用并成为... 巨磁阻效应的发现开辟了自旋电子学研究的新时代。目前,自旋电子学已经发展成为与磁学、半导体、微电子学、凝聚态物理等学科紧密结合的新学科。在自旋电子学研究中自旋阀结构,包括垂直自旋阀和横向自旋阀,发挥了至关重要的作用并成为各类自旋电子器件设计的基础。借助于各种自旋阀器件,人们又相继发现了Slonzeweski自旋转移矩、类场矩、自旋霍尔效应、自旋轨道矩等重要物理效应。本文将综述这些物理效应的概念及应用前景、面向应用需要解决的问题等等。我们将重点关注基于朗道-利夫席茨-吉尔伯特方程的动力学研究的进展情况。 展开更多
关键词 自旋阀 自旋转矩 自旋轨道矩 朗道-利夫席茨-吉尔伯特方程
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基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动
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作者 赵阳 任传童 +4 位作者 孟德全 王瑞龙 罗为 张悦 梁世恒 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期524-531,共8页
通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的... 通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的区别于传统型自旋轨道力矩对磁畴的驱动行为.我们利用微磁学模拟研究了自旋流中类Rashba的Sy、类Dresselhaus的Sx和垂直于膜面的S_(z)三种自旋极化下自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动,阐明了对布洛赫畴壁(Bloch wall)、奈尔畴壁(Néel wall)和头对头畴壁(head-to-head wall)的驱动及畴壁性质的影响,探究了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下磁畴壁运动中倾斜角的影响.本文对于理解基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动具有一定意义,可为新型自旋电子器件的开发和应用提供物理基础. 展开更多
关键词 自旋电子学 自旋轨道力矩 磁畴壁运动 电荷-自旋转换
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过渡金属氧化物中新奇量子态与电荷-自旋互转换研究进展
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作者 劳斌 郑轩 +1 位作者 李晟 汪志明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期51-68,共18页
为了满足信息技术时代下海量数据的高效存储及处理,具有低功耗、非易失性的自旋电子器件受到极大关注.能够高效产生自旋流的自旋源材料是新型自旋-轨道力矩器件的重要组成部分.近二十年来,在探索具有高效产生自旋流的材料体系,以及理解... 为了满足信息技术时代下海量数据的高效存储及处理,具有低功耗、非易失性的自旋电子器件受到极大关注.能够高效产生自旋流的自旋源材料是新型自旋-轨道力矩器件的重要组成部分.近二十年来,在探索具有高效产生自旋流的材料体系,以及理解材料相关物理机制两方面都取得了较大的进展.最近,在过渡金属氧化物中涌现出许多与产生自旋流密切相关的新奇量子态,成为自旋源的新兴材料体系被广泛研究.研究结果表明,过渡金属氧化物具有对电子结构高度敏感、显著且灵活可调的电荷-自旋转换效率,具有巨大的应用潜力.本文主要综述了过渡金属氧化物中新奇的电子能带结构及其与电荷-自旋互转换的关联机制,并对未来的发展趋势进行了展望. 展开更多
关键词 过渡金属氧化物 电子结构 电荷-自旋互转换 自旋-轨道力矩
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用BiSePt合金提高自旋轨道转矩效率
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作者 贺豪斌 兰修凯 姬扬 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第13期178-184,共7页
自旋轨道转矩器件实现快速高效的磁性操作,需要提供自旋流的强自旋轨道耦合层具有高的电荷-自旋密度转换效率,以及低的电阻率.本文采用磁控溅射方法生长具有面内磁性的BiSePt合金/Co异质结构,对比BiSePt合金采用共溅射及交替溅射两种生... 自旋轨道转矩器件实现快速高效的磁性操作,需要提供自旋流的强自旋轨道耦合层具有高的电荷-自旋密度转换效率,以及低的电阻率.本文采用磁控溅射方法生长具有面内磁性的BiSePt合金/Co异质结构,对比BiSePt合金采用共溅射及交替溅射两种生长方式,研究了不同配比下的自旋轨道转矩效率(SOT效率)与合金电阻率.Pt掺杂提高了合金层的金属性,但是逐渐破坏Bi_(2)Se_(3)非晶表面的拓扑序,随着Pt组分的增加,两种竞争的机制使得合金层的自旋霍尔电导率随浓度配比有非单调变化,并且在Bi_(2)Se_(3)组分为67%的配比处达到了优值.相比共溅射方式,交替溅射方式生长合金层的电导率及自旋霍尔角较小,这归因于界面散射的增强及Pt对自旋流的过滤效应.相比于传统的纯重金属Pt和Ta等,以及拓扑绝缘体Bi_(2)Se_(3)等材料,我们的BiSePt合金实现了与工业匹配的生长条件,较高的SOT效率,以及适中的电阻率,对于SOT器件的实际应用很有意义. 展开更多
关键词 自旋轨道转矩 BiSePt合金 自旋霍尔角
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