反鐵磁體鐵磁體結構中交換偏置切換的演示

確定控制反鐵磁/鐵磁薄膜中的磁化和交換偏置的有效方法可以促進新型自旋電子器件的開發。磁化切換可以通過在與這些膜相鄰的重金屬層中引起一種稱為自旋軌道轉矩(SOT)的現象來實現。但是，到目前為止，已證明該設計策略很難與交換偏置切換和隧穿磁阻測量相結合。

中國北京航空航天大學，加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCLA)和其他研究所的研究人員最近證明了反鐵磁體/鐵磁體(IrMn / CoFeB)雙層結構中電流感應的交換偏置切換。他們通過在結構的反鐵磁層中生成SOT來實現這一目標。

研究人員幾年前開始研究反鐵磁體/鐵磁體/氧化物結構的潛力。在去年發表的一項研究中，他們能夠借助交換偏置場產生電壓門控SOT，從而實現IrMn / CoFeb / MgO結構的垂直磁化的無場切換。隨后，從最近的一篇論文中獲得啟發，該論文報道了通過SOT的產生來控制交換偏壓，他們開始探索在相同IrMn / CoFeb / MgO結構中的交換偏壓切換。

“我們對這個話題很感興趣，因為交換偏置場通常被認為是非常魯棒的，除非環境溫度高于反鐵磁層的阻斷溫度甚至是尼爾溫度，否則很難將其反轉，”研究人員之一的趙維生說。進行這項研究的人士告訴TechXplore。“另一方面，我們打算驗證是否可以通過反鐵磁(AFM)/鐵磁(FM)/氧化物堆中的SOT來交換交換偏置磁場，因為與AFM / FM /重金屬結構相比，它更容易實現，將隧道磁阻(用于FM磁化的電讀取)，SOT和交換偏置開關集成到單個設備中。”

在他們最近的研究中，Zhao及其同事著手研究IrMn / CoFeB / MgO結構中交換偏壓和磁化的操縱，其中SOT源自反鐵磁層IrMn。他們的發現證明了通過生成SOT在這種結構中切換交換偏置場的可行性。

“通過控制SOT電流的方向和大小，可以實現鐵磁磁化強度和交換偏置場的獨立控制，”趙說。“我們還發現，交換偏置切換的臨界電流密度大于CoFeB磁化反轉的臨界電流密度。我們通過X射線磁圓二向色性(XMCD)，極化中子反射法(PNR)測量和微磁模擬進一步闡明了這種機制，這表明，IrMn界面內的小的凈磁化強度在這些現象中起著至關重要的作用。 ”