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纳米异质结构在室温下180°磁化切换:电压驱动、电荷介导

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纳米异质结构在室温下180°磁化切换:电压驱动、电荷介导

近来,依赖电压而无需电流驱动的180°磁化切换,为基于自旋电子学实现功耗最小和尺寸更小的器件设计变革提供了可能性。然而,有些研究却难以实现电压驱动的全180°切换,有些研究并没有考虑到尺寸小到数十纳米时,温度或高温热涨落对这种磁化切换的影响。温度效应会使磁性180°切换忽有忽无。来自德国达姆施塔特技术大学的Min Yi等通过第一性原理计算和有限温度下磁化动力学模拟相结合,研究了横向尺寸为几十纳米的外延Pt / FePt / MgO异质结,发现电压诱导的电场在FePt / MgO异质结界面处引起电荷变化,通过影响FePt层中的磁晶各向异性,可改变异质结的易磁化轴。电场(E)诱导的界面电荷可对纳米磁体的磁各向异性(K)有很大的调制作用。特别地,K显示出相对于E和外延应变的线性变化。通过调谐电场、外延应变和磁化动力学,在平面和垂直方向的平衡磁态下,可在室温下快速(约4 ns)和低误差率地实现沿平面与垂直180°面的磁化切换。这些结果为电压驱动磁性开关器件的设计提供了深入认识。该文近期发表于npj Computational Materials3:38,(2017); doi:10.1038/s41524-017-0043-x; 标题与摘要如下,论文PDF文末点击阅读原文可以获取。

纳米异质结构在室温下180°磁化切换:电压驱动、电荷介导

Voltage-drivencharge-mediated fast 180 degree magnetization switching in nanoheterostructureat room temperature

(室温下纳米异质结构的快速180度磁化切换:电压驱动、电荷介导)

Min Yi, Hongbin Zhang & Bai-Xiang Xu

Voltage-driven180° magnetization switching without electric current provides the possibility for revolutionizing the spintronics. We demonstrated the voltage-drivencharge-mediated 180° magnetization switching at room temperature by combining first-principles calculations and temperature-dependent magnetization dynamics simulation. The electric field (E)-induced interface charge is found to allow a giant modulation of the magnetic anisotropy (K) of the nanomagnet. ParticularlyKis revealed to vary linearly with respect toEand the epitaxial strain. Magnetization dynamics simulations using the so-obtainedKshow that both in-plane and perpendicular 180° switching can be achieved byEpulses. The temperature effect renders the 180° switching as probability events. Statistical analysis indicates a fast (around 4ns) and low-error-probability 180° switching achievable at room temperature by controlling the magnitude ofEand the pulse width. The study inspires the rational design of miniaturized nanoscale spintronic devices where thermal fluctuation has a great impact.

纳米异质结构在室温下180°磁化切换:电压驱动、电荷介导

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