利用自旋轨道力矩高效切换磁隧道结的脉冲整形策略

翻转磁性隧道结（MTJ）自由层磁化所需的写入能量，是比较磁性随机存取存储器与竞争技术性能的关键品质因数。由自旋力矩诱导的 MTJ 磁化翻转通常依赖于方波电压脉冲。本文重点关注由自旋轨道力矩（SOT）驱动的垂直 MTJ 的切换，其磁化翻转过程由畴成核和畴壁传播交替组成。通过对切换效率和速度随脉冲形状变化的系统研究，我们表明，在不影响切换概率和速度的情况下，与方波脉冲相比，整形脉冲可实现高达 50% 的写入能量降低。隧穿磁阻的时间分辨测量揭示了切换时间如何受到脉冲形状和脉冲期间温升的强烈影响。最优脉冲形状包含预热阶段、用于诱导畴成核的最大幅度阶段，以及用于完成翻转的较低幅度阶段。我们的实验结果得到了微磁学模拟的印证，为在磁性存储应用中降低 SOT 器件的能耗足迹提供了多种选择。