能效高效的皮秒级自旋轨道矩zent磁化切换技术

电流脉冲可通过自旋轨道矩（SOT）高效地操控磁化方向。已使用持续时间为几皮秒的脉冲来实现铁磁薄膜的磁化切换，达到了 THz 频段。然而，关于超快速切换机制和能耗要求的了解仍有限。本文在两种铁磁和反铁磁样品中，量化了脉冲持续时间跨越 7 个数量级的磁化反转能耗，弥合了准静态自旋电子学和飞秒磁学。为此，我们发展了一种将光子结型开关生成的皮秒脉冲延长一个数量级的方法。由此，我们可以创建从皮秒到接近商业仪器可用脉冲宽度的脉冲持续时间。我们表明，当脉冲持续时间进入皮秒范围时，所有样品的 SOT 切换能耗降低了一个数量级以上。我们预测 100×100 nm 2 反铁磁器件的能耗为 9 fJ。微磁动力学和宏自旋模型仿真揭示了随着脉冲持续时间减小，磁化反转从非相干转向相干，磁化动力学轨迹发生显著修改。我们的结果巩固了高速磁性自旋轨道存储器的潜力，并指出快速时间尺度下的替代磁化反转路径。