非共线交换耦合磁性多层膜的能量景观

我们使用有限元微磁模拟对两个具有垂直面外单轴各向异性的耦合铁磁层的能量景观进行了探索。这些多层膜可用于产生自旋转移矩磁随机存取存储器单元中的非共线性，这已被证明可以提高这类计算机存储器的性能。我们表明，存在一个层间交换耦合常数的取值范围，在该范围内这些多层膜的磁态可以弛豫到两个能量极小值。该区域的大小由层各向异性大小的差异决定，并且当该差异很大时最小化。在这种情况下，存在一个广泛的实验可实现的耦合常数范围，可以产生期望的且稳定的非共线排列。我们使用弦方法模拟研究了局部和全局极小值之间的能量势垒，表明极小值的稳定性随着铁磁层各向异性差异的增大而增加。我们提供了耦合宏自旋能量景观中极小值位置的解析解，该解与我们在铁磁层具有相同厚度和各向异性、无退磁场以及大交换刚度的情形下的微磁结果吻合良好。这些结果对于理解如何在下一代薄膜磁器件中最好地利用非共线耦合非常重要。