搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

自旋轨道矩调控的垂直磁各向异性四态存储器结构

盛宇 张楠 王开友 马星桥

自旋轨道矩调控的垂直磁各向异性四态存储器结构

盛宇, 张楠, 王开友, 马星桥
PDF
导出引用
导出核心图
  • 利用氧化钽缓冲层对垂直各向异性钴铂多层膜磁性的影响,构想并验证了一种四态存储器单元.存储器器件包含两个区域,其中一区域的钴铂多层膜[Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)]直接生长在热氧化硅衬底上,另一个区域在磁性膜和衬底之间沉积了一层氧化钽作为缓冲层[TaOx(0.3 nm)/Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)],缓冲层导致两个区域的垂直磁各向异性不同.在固定的水平磁场下对器件施加与磁场同向的电流,由于电流引起的自旋轨道耦合力矩,两个区域的磁化取向均会发生翻转,且拥有不同的临界翻转电流.改变通过器件导电通道的电流脉冲形式,器件的磁化状态可以在4个态之间切换.本文器件的结构为设计自旋轨道矩存储器件提供了新的思路.
      通信作者: 马星桥, xqma@sas.ustb.edu.cn
    • 基金项目: 国家科技支撑计划(批准号:2017YFA0303400)、国家自然科学基金(批准号:11174030,11474272,61774144)、中国科学院基金(批准号:QYZDY-SSW-JSC020,XDPB0603)和香港王宽诚教育基金资助的课题.
    [1]

    Wang P, Jiang S W, Luan Z Z, Zhou L F, Ding H F, Zhou Y, Tao X D, Wu D 2016 Appl. Phys. Lett. 109 112406

    [2]

    Miron I M, Garello K, Gaudin G, Zermatten P J, Costache M V, Auffret S, Bandiera S, Rodmacq B, Schuhl A, Gambardella P 2011 Nature 476 189

    [3]

    Cai K, Yang M, Ju H, Wang S, Ji Y, Li B, Edmonds K W, Sheng Y, Zhang B, Zhang N, Liu S, Zheng H, Wang K 2017 Nat. Mater. 16 712

    [4]

    Wu D, Yu G, Shao Q, Li X, Wu H, Wong K L, Zhang Z, Han X, Khalili Amiri P, Wang K L 2016 Appl. Phys. Lett. 108 202406

    [5]

    Yang M, Cai K, Ju H, Edmonds K W, Yang G, Liu S, Li B, Zhang B, Sheng Y, Wang S, Ji Y, Wang K 2016 Sci. Rep. 6 20778

    [6]

    Yang S, Peng R, Jiang T, Liu Y, Feng L, Wang J, Chen L, Li X, Nan C 2014 Adv. Mater. 26 7091

    [7]

    Zhang B, Meng K K, Yang M Y, Edmonds K W, Zhang H, Cai K M, Sheng Y, Zhang N, Ji Y, Zhao J H, Zheng H Z, Wang K Y 2016 Sci. Rep. 6 28458

    [8]

    Yan Y, Wan C, Zhou X, Shi G, Cui B, Han J, Fan Y, Han X, Wang K L, Pan F, Song C 2016 Adv. Electron. Mater. 2 1600219

    [9]

    Liu L, Lee O J, Gudmundsen T J, Ralph D C, Buhrman R 2012 Phys. Rev. Lett. 109 96602

    [10]

    Zhang N, Zhang B, Yang M, Cai K, Sheng Y, Li Y, Deng Y, Wang K 2017 Acta Phys. Sin. 66 27501

    [11]

    Avci C O, Mann M, Tan A J, Gambardella P, Beach G S D 2017 Appl. Phys. Lett. 110 203506

    [12]

    Yang Y, Xu Y, Zhang X, Wang Y, Zhang S, Li R W, Mirshekarloo M S, Yao K, Wu Y 2016 Phys. Rev. B 93 94402

    [13]

    Yu J, Qiu X, Wu Y, Yoon J, Deorani P 2016 Sci. Rep. 6 32629

    [14]

    Wang K Y, Edmonds K W, Irvine A C, Tatara G, Ranieri E D, Wunderlich J, Olejnik K, Rushforth A W, Campion R P, Williams D A, Foxon C T, Gallagher B L 2010 Appl. Phys. Lett. 97 262102

    [15]

    Chernyshov A, Overby M, Liu X, Furdyna J K, Lyanda G Y, Rokhinson L P 2009 Nat. Phys. 5 656

    [16]

    Li Y, Cao Y F, Wei G N, Li Y, Ji Y, Wang K Y, Edmonds K W, Campion R P, Rushforth A W, Foxon C T, Gallagher B L 2013 Appl. Phys. Lett. 103 22401

    [17]

    Li Y, Luo W, Zhu L, Zhao J, Wang K 2015 J. Magn. Magn. Mater. 375 148

    [18]

    Zhou H, Fan X, Ma L, Zhang Q, Cui L, Zhou S, Gui Y S, Hu C M, Xue D 2016 Phys. Rev. B 94 134421

    [19]

    Wang H L, Du C H, Pu Y, Adur R, Hammel P C, Yang F Y 2014 Phys. Rev. Lett. 112 197201

    [20]

    Emori S, Bauer U, Woo S, Beach G S D 2014 Appl. Phys. Lett. 105 2012

    [21]

    Yu G, Upadhyaya P, Fan Y, Alzate J G, Jiang W, Wong K L, Takei S, Bender S A, Chang L T, Jiang Y, Lang M, Tang J, Wang Y, Tserkovnyak Y, Amiri P K, Wang K L 2014 Nat. Nanotechnol. 9 548

    [22]

    Brataas A, Kent A D, Ohno H 2012 Nat. Mater. 11 372

    [23]

    Petrie J R, Wieland K A, Timmerwilke J M, Barron S C, Burke R A, Newburgh G A, Burnette J E, Fischer G A, Edelstein A S 2015 Appl. Phys. Lett. 106 142403

    [24]

    Diller E, Miyashita S, Sitti M 2012 IEEE Int. Conf. Intell. Robot. Syst. 2325

    [25]

    Emori S, Beach G S D 2011 J. Appl. Phys. 110 33919

    [26]

    Taniguchi T, Mitani S, Hayashi M 2015 Phys. Rev. B 92 24428

  • [1]

    Wang P, Jiang S W, Luan Z Z, Zhou L F, Ding H F, Zhou Y, Tao X D, Wu D 2016 Appl. Phys. Lett. 109 112406

    [2]

    Miron I M, Garello K, Gaudin G, Zermatten P J, Costache M V, Auffret S, Bandiera S, Rodmacq B, Schuhl A, Gambardella P 2011 Nature 476 189

    [3]

    Cai K, Yang M, Ju H, Wang S, Ji Y, Li B, Edmonds K W, Sheng Y, Zhang B, Zhang N, Liu S, Zheng H, Wang K 2017 Nat. Mater. 16 712

    [4]

    Wu D, Yu G, Shao Q, Li X, Wu H, Wong K L, Zhang Z, Han X, Khalili Amiri P, Wang K L 2016 Appl. Phys. Lett. 108 202406

    [5]

    Yang M, Cai K, Ju H, Edmonds K W, Yang G, Liu S, Li B, Zhang B, Sheng Y, Wang S, Ji Y, Wang K 2016 Sci. Rep. 6 20778

    [6]

    Yang S, Peng R, Jiang T, Liu Y, Feng L, Wang J, Chen L, Li X, Nan C 2014 Adv. Mater. 26 7091

    [7]

    Zhang B, Meng K K, Yang M Y, Edmonds K W, Zhang H, Cai K M, Sheng Y, Zhang N, Ji Y, Zhao J H, Zheng H Z, Wang K Y 2016 Sci. Rep. 6 28458

    [8]

    Yan Y, Wan C, Zhou X, Shi G, Cui B, Han J, Fan Y, Han X, Wang K L, Pan F, Song C 2016 Adv. Electron. Mater. 2 1600219

    [9]

    Liu L, Lee O J, Gudmundsen T J, Ralph D C, Buhrman R 2012 Phys. Rev. Lett. 109 96602

    [10]

    Zhang N, Zhang B, Yang M, Cai K, Sheng Y, Li Y, Deng Y, Wang K 2017 Acta Phys. Sin. 66 27501

    [11]

    Avci C O, Mann M, Tan A J, Gambardella P, Beach G S D 2017 Appl. Phys. Lett. 110 203506

    [12]

    Yang Y, Xu Y, Zhang X, Wang Y, Zhang S, Li R W, Mirshekarloo M S, Yao K, Wu Y 2016 Phys. Rev. B 93 94402

    [13]

    Yu J, Qiu X, Wu Y, Yoon J, Deorani P 2016 Sci. Rep. 6 32629

    [14]

    Wang K Y, Edmonds K W, Irvine A C, Tatara G, Ranieri E D, Wunderlich J, Olejnik K, Rushforth A W, Campion R P, Williams D A, Foxon C T, Gallagher B L 2010 Appl. Phys. Lett. 97 262102

    [15]

    Chernyshov A, Overby M, Liu X, Furdyna J K, Lyanda G Y, Rokhinson L P 2009 Nat. Phys. 5 656

    [16]

    Li Y, Cao Y F, Wei G N, Li Y, Ji Y, Wang K Y, Edmonds K W, Campion R P, Rushforth A W, Foxon C T, Gallagher B L 2013 Appl. Phys. Lett. 103 22401

    [17]

    Li Y, Luo W, Zhu L, Zhao J, Wang K 2015 J. Magn. Magn. Mater. 375 148

    [18]

    Zhou H, Fan X, Ma L, Zhang Q, Cui L, Zhou S, Gui Y S, Hu C M, Xue D 2016 Phys. Rev. B 94 134421

    [19]

    Wang H L, Du C H, Pu Y, Adur R, Hammel P C, Yang F Y 2014 Phys. Rev. Lett. 112 197201

    [20]

    Emori S, Bauer U, Woo S, Beach G S D 2014 Appl. Phys. Lett. 105 2012

    [21]

    Yu G, Upadhyaya P, Fan Y, Alzate J G, Jiang W, Wong K L, Takei S, Bender S A, Chang L T, Jiang Y, Lang M, Tang J, Wang Y, Tserkovnyak Y, Amiri P K, Wang K L 2014 Nat. Nanotechnol. 9 548

    [22]

    Brataas A, Kent A D, Ohno H 2012 Nat. Mater. 11 372

    [23]

    Petrie J R, Wieland K A, Timmerwilke J M, Barron S C, Burke R A, Newburgh G A, Burnette J E, Fischer G A, Edelstein A S 2015 Appl. Phys. Lett. 106 142403

    [24]

    Diller E, Miyashita S, Sitti M 2012 IEEE Int. Conf. Intell. Robot. Syst. 2325

    [25]

    Emori S, Beach G S D 2011 J. Appl. Phys. 110 33919

    [26]

    Taniguchi T, Mitani S, Hayashi M 2015 Phys. Rev. B 92 24428

  • [1] 孙丰伟, 邓 莉, 寿 倩, 刘鲁宁, 文锦辉, 赖天树, 林位株. 量子阱中电子自旋注入及弛豫的飞秒光谱研究. 物理学报, 2004, 53(9): 3196-3199. doi: 10.7498/aps.53.3196
    [2] 秦建华, 郭 永, 陈信义, 顾秉林. 磁电垒结构中自旋极化输运性质的研究. 物理学报, 2003, 52(10): 2569-2575. doi: 10.7498/aps.52.2569
    [3] 任俊峰, 付吉永, 刘德胜, 解士杰. 自旋注入有机物的扩散理论. 物理学报, 2004, 53(11): 3814-3817. doi: 10.7498/aps.53.3814
    [4] 张玉滨, 解士杰, 任俊峰. 铁磁/有机半导体/铁磁系统的电流自旋极化性质研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4785-4790. doi: 10.7498/aps.56.4785
    [5] 谷晓芳, 钱轩, 姬扬, 陈林, 赵建华. (Ga,Mn)As中电流诱导自旋极化的磁光Kerr测量. 物理学报, 2012, 61(3): 037801. doi: 10.7498/aps.61.037801
    [6] 赵巍胜, 黄阳棋, 张学莹, 康旺, 雷娜, 张有光. 斯格明子电子学的研究进展. 物理学报, 2018, 67(13): 131205. doi: 10.7498/aps.67.20180554
    [7] 胥建卫, 王顺金. 电子的相对论平均场理论与一阶、二阶Rashba效应. 物理学报, 2009, 58(7): 4878-4882. doi: 10.7498/aps.58.4878
    [8] 肖嘉星, 鲁军, 朱礼军, 赵建华. 垂直磁各向异性L10-Mn1.67Ga超薄膜分子束外延生长与磁性研究. 物理学报, 2016, 65(11): 118105. doi: 10.7498/aps.65.118105
    [9] 张楠, 张保, 杨美音, 蔡凯明, 盛宇, 李予才, 邓永城, 王开友. 电学方法调控磁化翻转和磁畴壁运动的研究进展. 物理学报, 2017, 66(2): 027501. doi: 10.7498/aps.66.027501
    [10] 夏静, 韩宗益, 宋怡凡, 江文婧, 林柳蓉, 张溪超, 刘小晰, 周艳. 磁斯格明子器件及其应用进展. 物理学报, 2018, 67(13): 137505. doi: 10.7498/aps.67.20180894
    [11] 王鹏程, 曹亦, 谢红光, 殷垚, 王伟, 王泽蓥, 马欣辰, 王琳, 黄维. 层状手性拓扑磁材料Cr1/3NbS2的磁学特性. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200007
    [12] 任 敏, 张 磊, 胡九宁, 邓 宁, 陈培毅. 基于磁动力学方程的电流感应磁化翻转效应的宏观模型. 物理学报, 2007, 56(5): 2863-2867. doi: 10.7498/aps.56.2863
    [13] 姬扬, 赵建华, 杨威, 罗海辉, 阮学忠, 王玮竹. Curie温度附近稀磁半导体(Ga,Mn)As的电学噪声谱性质. 物理学报, 2009, 58(12): 8560-8565. doi: 10.7498/aps.58.8560
    [14] 孟康康, 赵旭鹏, 苗君, 徐晓光, 赵建华, 姜勇. 铁磁/非磁金属异质结中的拓扑霍尔效应. 物理学报, 2018, 67(13): 131202. doi: 10.7498/aps.67.20180369
    [15] 张磊, 李辉武, 胡梁宾. 二维自旋轨道耦合电子气中持续自旋螺旋态的稳定性的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 177203. doi: 10.7498/aps.61.177203
    [16] 陈光平. 简谐+四次势中自旋轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构. 物理学报, 2015, 64(3): 030302. doi: 10.7498/aps.64.030302
    [17] 任中洲, 傅美欢. 含自旋轨道耦合的三维各向同性谐振子的四类升降算符. 物理学报, 2004, 53(5): 1280-1283. doi: 10.7498/aps.53.1280
    [18] 储连元. 原子核内的自旋轨道耦合. 物理学报, 1958, 45(6): 469-478. doi: 10.7498/aps.14.469
    [19] 杨杰慧, 潘留占, 徐游. Ce∶YIG自旋轨道耦合对磁光效应的影响. 物理学报, 2000, 49(4): 807-810. doi: 10.7498/aps.49.807
    [20] 江兆潭, 杨杰, 董全力, 张杰. 自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响. 物理学报, 2011, 60(7): 075202. doi: 10.7498/aps.60.075202
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  420
  • PDF下载量:  127
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-29
  • 修回日期:  2018-03-05
  • 刊出日期:  2018-06-05

自旋轨道矩调控的垂直磁各向异性四态存储器结构

  • 1. 北京科技大学数理学院, 北京 100083;
  • 2. 中国科学院半导体研究所, 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083;
  • 3. 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049;
  • 4. 中国科学院拓扑量子计算卓越创新中心, 北京 100049
  • 通信作者: 马星桥, xqma@sas.ustb.edu.cn
    基金项目: 

    国家科技支撑计划(批准号:2017YFA0303400)、国家自然科学基金(批准号:11174030,11474272,61774144)、中国科学院基金(批准号:QYZDY-SSW-JSC020,XDPB0603)和香港王宽诚教育基金资助的课题.

摘要: 利用氧化钽缓冲层对垂直各向异性钴铂多层膜磁性的影响,构想并验证了一种四态存储器单元.存储器器件包含两个区域,其中一区域的钴铂多层膜[Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)]直接生长在热氧化硅衬底上,另一个区域在磁性膜和衬底之间沉积了一层氧化钽作为缓冲层[TaOx(0.3 nm)/Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)],缓冲层导致两个区域的垂直磁各向异性不同.在固定的水平磁场下对器件施加与磁场同向的电流,由于电流引起的自旋轨道耦合力矩,两个区域的磁化取向均会发生翻转,且拥有不同的临界翻转电流.改变通过器件导电通道的电流脉冲形式,器件的磁化状态可以在4个态之间切换.本文器件的结构为设计自旋轨道矩存储器件提供了新的思路.

English Abstract

参考文献 (26)

目录

    /

    返回文章
    返回