铁磁体中皮秒级自旋轨道转矩诱导的相干磁化翻转
介观与纳米尺度物理
2024-01-04 v1 材料科学
摘要
电可控非易失性磁存储器在替代基于半导体的技术方面展现出巨大潜力。近来,由于器件寿命与运行速度的提升,自旋轨道转矩(SOT)诱导磁化反转受到强烈关注。然而,近期 SOT 翻转研究揭示了由于反转过程中磁畴成核的随机性所导致的 ~ns 量级孕育延迟。本文中,我们通过规避成核过程并相干地驱动磁化,实验演示了铁磁体无孕育延迟的超快 SOT 诱导磁化翻转动力学。我们采用超快光电导开关与共面带状线产生并引导 ~ps 电流脉冲进入重金属/铁磁体层堆,从而诱导超快 SOT。我们利用磁光探测以亚皮秒时间分辨率研究磁化翻转动力学。依据电流脉冲与面内磁场极性的相对关系,我们观察到超快退磁及随后的恢复伴随 SOT 诱导的进动振荡,或超快 SOT 翻转。磁化过零发生在 ~70 ps,比以往研究快约一个数量级。完整翻转需 ~250 ps,受限于向衬底的热扩散。我们采用宏观磁模拟耦合超快加热模型,分析超快热各向异性转矩与电流诱导转矩在观测动力学中的作用。实验结果与宏观自旋模型间的良好吻合表明,该翻转动力学是相干的且无明显孕育延迟。我们的工作为显著提升 SOT 磁随机存取存储器器件的写入速度提供了一条潜在途径。
引用
@article{arxiv.2211.08266,
title = {Picosecond Spin-Orbit Torque Induced Coherent Magnetization Switching in a Ferromagnet},
author = {Debanjan Polley and Akshay Pattabi and Ashwin Rastogi and Kaushalya Jhuria and Eva Diaz and Hanuman Singh and Aristide Lemaitre and Michel Hehn and Jon Gorchon and Jeffrey Bokor},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.08266},
year = {2024}
}
备注
17 pages, 4 figures, Supplemental Material