用于自旋忆阻器的 SrRuO$_3$/SrTiO$_3$ 异质结构中磁各向异性与磁化的电流调控
应用物理
2023-01-10 v1 材料科学
摘要
神经形态电路中基于自旋电子学的非易失性元件为以低功耗实现新功能提供了可能。在此背景下，电流控制的磁化电学翻转正被积极研究。具有垂直磁各向异性（PMA）、由生长在 SrTiO（STO）上的 SrRuO（SRO）构成的复杂氧化物异质结构是极具竞争力的材料候选。利用晶体取向，此类简单异质结构中的磁各向异性可被调节为呈现完美或略微倾斜的 PMA。在此，我们研究利用具有强自旋轨道耦合的材料（Pt）通过自旋霍尔效应在这种定制铁磁层中实现电流诱导的磁化调制。我们发现 SRO/STO 异质结构之间的磁各向异性存在显著差异，这体现在一阶和二阶谐波磁电阻测量中。电流诱导的磁化翻转可通过自旋轨道力矩（SOT）实现，但对于具有完美 PMA 的系统，由于高对称性，该翻转是概率性的。PMA 的轻微倾斜可打破这种对称性，并实现确定性翻转。因此，对我们异质结构磁各向异性的控制即提供了对翻转方式的控制。基于我们的发现，我们提出了一种基于磁隧道结设计的三端自旋电子忆阻器，其展示出由电荷控制的多个阻态。非易失态可通过施加面内电流以 SOT 写入，并通过施加小的面外电流以隧道电流读出。根据 SRO 层的各向异性，写入机制或是确定性的或是概率性的，从而产生不同功能。我们设想概率性 MTJ 可用作突触，而确定性器件可模拟神经元。
引用
@article{arxiv.2105.00269,
title = {Anisotropy and Current Control of Magnetization in SrRuO$_3$ SrTiO$_3$ Heterostructures for Spin-Memristors},
author = {A. S. Goossens and M. A. T. Leiviskä and T. Banerjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.00269},
year = {2023}
}