揭示Fe/MgO界面垂直磁各向异性温度依赖机制
材料科学
2022-05-30 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
磁性过渡金属/氧化物界面的垂直磁各向异性（PMA）是构建用于自旋转移矩磁随机存取存储器（STT-MRAM）的面外磁化磁隧道结的关键要素。尺寸缩小使磁特性对热效应更加敏感。因此，理解磁各向异性的温度依赖至关重要。在本工作中，我们从理论上探讨了典型Fe/MgO基结构中PMA与磁化的温度依赖之间的关联。特别地，分析了实验报道偏离Callen和Callen标度幂律背后的可能机制。在理想界面，第一性原理计算揭示了（i）与一阶相比可忽略的高阶各向异性常数，以及（ii）增强的交换常数。在原子模拟中考虑这两种本征效应后，发现总各向异性和层分辨各向异性的温度依赖均遵循Callen和Callen标度幂律，从而排除了该定律偏离的本征微观机制。此外，揭示了两种可能的外禀宏观机制，即死层（常存在于STT-MRAM存储层中）的影响和界面磁各向异性的空间不均匀性。关于第一种机制，我们表明死层的存在倾向于减小标度指数。在第二种机制中，界面PMA不均匀性百分比的增加被揭示会降低标度指数。这些结果使我们能够解释早期实验中报道的关联各向异性与磁化热变化的标度指数差异。这对于理解STT-MRAM应用中存储层磁化的热稳定性至关重要。
引用
@article{arxiv.2011.02220,
title = {Unveiling temperature dependence mechanisms of perpendicular magnetic anisotropy at Fe/MgO interfaces},
author = {Fatima Ibrahim and Ali Hallal and Alan Kalitsov and Derek Stewart and Bernard Dieny and Mairbek Chshiev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.02220},
year = {2022}
}
备注
12 pages, 15 figures