Новый стационарный режим связанных колебаний вихрей в трехслойном спин-трансферном наноосцилляторе при больших значениях токов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследуется влияние большого по величине спин-поляризованного тока на связанную динамику вихрей в спин-трансферных наноосцилляторах диаметром 400 нм. Обнаружены новые стационарные режимы связанных колебаний вихрей как для одинаковых, так и для противоположных полярностей ядер. Изучена зависимость частоты стационарных связанных колебаний магнитных вихрей от величины спин-поляризованного тока. Найденный эффект можно использовать для повышения рабочих частот спин-трансферных наноосцилляторов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Г. И. Антонов

Уфимский Университет Науки и Технологий

Author for correspondence.
Email: georgij.antonow@yandex.ru
Russian Federation, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450076

Е. Г. Екомасов

Уфимский Университет Науки и Технологий; Башкирский Государственный Педагогический Университет

Email: georgij.antonow@yandex.ru
Russian Federation, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450076; ул. Октябрьской революции, 3-а, Уфа, 450008

К. А. Звездин

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Email: georgij.antonow@yandex.ru
Russian Federation, ул. Вавилова, 38, Москва, 119991

Н. Г. Пугач

Национальный исследовательский университет “Высшая Школа Экономики”

Email: georgij.antonow@yandex.ru
Russian Federation, ул. Мясницкая, 20, Москва, 101000

References

  1. Slonczewski J.C. Current-driven excitation of magnetic multilayers // J. Magn. Mater. 1996. V. 159. Р. L1–L7.
  2. Berger L. Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current // Phys. Rev. 1996. V. 54. Р. 9353.
  3. Tsoi M., Jansen A.G.M., Bass J., Chiang W.-C., Seck M., Tsoi V., and Wyder P. Excitation of a Magnetic Multilayer by an Electric Current // Phys. Rev. Letters. 1998. V. 80. Р. 4281.
  4. Kiselev S., Sankey J., Krivorotov I.N., Emley N.C., Shoelkopf R.J., Buhrman R.A., Ralph D.C. Microwave oscillations of a nano-magnet driven by a spin-polarized current // Nature. 2003. V. 425. P. 380–383.
  5. Grollier J., Boulenc P., Cros V., Hamzić A., Vaurès A., Fert A., Faini G. Switching a spin valve back and forth by current-induced domain wall motion // Appl. Phys. Letters. 2003. V. 83. P. 509–511.
  6. Ivanov B.A., Zaspel C.E. Excitation of spin dynamics by spin-polarized current in vortex state magnetic disks // Phys. Rev. Letters. 2007. V. 99. P. 247208.
  7. Guslienko K.Y. Magnetic Vortex State Stability, Reversal and dynamics in restricted geometries // J. Nanoscience and Nanotechnology. 2008. P. 2745. doi: 10.1166/jnn.2008.18305
  8. Dussaux A., Georges B., Grollier J., Cross V., Khvalkovskiy A.V., Fukushima A., Konoto M., Kubota H., Yakushiji K., Yuasa S., Zvezdin K.A., Ando A., Fert A. Large microwave generation from current-driven magnetic vortex oscillators in magnetic tunnel junctions // Nature Communicatio. 2010. V. 1. P. 8.
  9. Yu D., Kang K., Berakdar J., Jia C. Nondestructive ultrafast steering of a magnetic vortex by terahertz pulses // NPG Asia Мater. 2020. V. 12. P. 36. doi: 10.1038/s41427-020-0217-8
  10. Grollier J., Querlioz D., Camsari K.Y., Everschor-Sitte K., Fukami S., Stiles M.D. Neuromorphic spintronics // Nature Electronics. 2020. V. 3. P. 360–370. doi: 10.1038/s41928-019-0360-9
  11. Wittrock S., Talatchian P., Romera M., Menshawy S., Garcia M.G., Cyrille M.-C., Ferreira R., Lebrun R., Bortolotti P., Ebels U., Grollier J., Cros V. Beyond the gyrotropic motion: Dynamic C-state in vortex spin torque oscillators // Appl. Phys. Letters. 2021. V. 118. P. 012404. doi: 10.1063/5.0029083
  12. Stebliy M.E., Jain S., Kolesnikov A.G., Ognev A.V., Samardak A.S., Davydenko A.V., Sukovatitcina E.V., Chebotkevich L.A., Ding J., Pearson J., Khovaylo V., Novosad V. Vortex dynamics and frequency splitting in vertically coupled nanomagnets // Sci. Reports. 2017. V. 7. P. 1127. doi: 10.1038/s41598-017-01222-4
  13. Guslienko K.Y., Buchanan K.S., Bader S.D., Novosad V. Dynamics of coupled vortices in layered magnetic nanodots // Appl. Phys. Letters. 2005. V. 86. P. 223112. doi: 10.1063/1.1929078
  14. Zvezdin K.A., Ekomasov E.G. Spin Currents and Nonlinear Dynamics of Vortex Spin Torque Nano-Oscillators // Phys. Metals and Metal. 2022. V. 123. P. 201. doi: 10.1134/S0031918X22030140
  15. Usov N.A., Peschany S.E. Magnetization curl-ing in a fine cylindrical particle // JMMM. 1993. V. 118. P. L290–L294.
  16. Locatelli N., Ekomasov A.E., Khvalkovskiy A.V., Azamatov S.A., Zvezdin K.A., Grollier J., Ekomasov E.G., Cros V. Reversal process of a magnetic vortex core under the combined action of a perpendicular field and spin transfer torque // Appl. Phys. Letters. 2013. V. 102. P. 062401. doi: 10.1063/1.4790841
  17. Cherepov S.S., Koop B.C., Galkin A.Y., Khymyn R.S., Ivanov B.A., Worledge D.C., Korenivski V. Core-Core dynamics in spin vortex pairs // Phys. Rev. Letters. 2012. V. 109. P. 097204.
  18. Holmgren E., Bondarenko A., Ivanov B.A., Korenivski V. Resonant pinning spectroscopy with spin-vortex pairs // Phys. Rev. Letters. 2018. V. 97. P. 094406. doi: 10.1103/B.97.094406
  19. Sluka V., Kakay A., Deac A.M., Burgler D.E., Schneider C.M., Hertel R. Spin-torque-induced dynamics at fine-split frequencies in nano-oscillators with two stacked vortices // Nature Comm. 2015. V. 6. P. 6409. doi: 10.1038/ncomms7409
  20. Ekomasov A.E., Stepanov S.V., Zvezdin K.A., Ekomasov E.G. Spin current induced dynamics and polarity switching of coupled magnetic vertices in three-layer nanopillars // JMMM. 2019. V. 471. P. 513. doi: 10.1016/j.jmmm.2018.09.077
  21. Gaididei Y., Kravchuk V.P., Sheka D.D. Magnetic vortex dynamics induced by an electrical current // International Journal of Quantum Chemistry. 2009. V. 110. P. 83–97. doi: 10.1002/qua.22253
  22. Guslienko K.Y., Sukhostavets O.V., Berkov D.V. Nonlinear magnetic vortex dynamics in a circular nanodot excited by spin-polarized current // Nanoscale Research Letters. 2014. V. 9. P. 386. doi: 10.1186/1556 276X-9 386
  23. Ekomasov E.G., Stepanov S.V., Zvezdin K.A., Pugach N.G., Antonov G.I. The Effect of the Spin-Polarized Current on the dynamics and structural changes of magnetic vortices in a large-diameter threelayer conducting Nanocylinder // Phys. Met. Metal. 2021. V. 122. Р. 197–204. doi: 10.1134/S0031918X21030054
  24. Ekomasov E.G., Stepanov S.V., Nazarov V.N., Zvezdin K.A., Pugach N.G., Antonov G.I. Joint effect of a magnetic field and a spin-polarized current on the coupled dynamics of magnetic vortices in a spin-transfer nano-oscillator // Techn. Phys. Letters. 2021. V. 47. No. 9. P. 870–872. doi: 10.1134/S1063785021090030
  25. Ekomasov A.E., Stepanov S.V., Zvezdin K.A., Ekomasov E.G. Influence of perpendicular magnetic field and polarized current on the dynamics of coupled magnetic vortices in a thin nanocolumnar trilayer conducting structure // Phys. Met. Metal. 2017. V. 118. P. 328–333. doi: 10.1134/S0031918X17020028
  26. Volkov О.M., Кravchuk V.P., Sheka D.D., Gaididei Y. Spin-transfer torque and current-induced vortex superlattices in nanomagnets // Phys. Pev. B. 2011. V. 84. P. 052404. doi: 10.1103/Phys. rev B.84.052404
  27. Wei Jin, Huan He, Yuguang Chen, and Yaowen Liu. Controllable vortex polarity switching by spin polarized current // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. P. 013906. doi: 10.1063/1.3054305
  28. Naletov V.V., G. de Loubens, Albuquerque G., Borlenghi S., Cros V., Faini G., Grollier J., Hurdequint H., Locatelli N., Pigeau B., Slavin A.N., Tiberkevich V.S., Ulysse C., Valet T., Klein O. Identification and selection rules of the spin-wave eigen-modes in a normally magnetized nano-pillar // Phys. Rev. B. 2011. V. 84. P. 224423.
  29. Chen T., Randy K.D., Eklund A., Muduli Pranaba K. Spin-Torque and Spin-Hall Nano-Oscillators // Proceedings of the IEEE. 2016. V. 104. P. 1919–1945. doi: 10.1109/JPROC.2016.2554518

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Trajectory of the vortex center at a current density j = 20×10⁷ A/cm²: (a) in a thick layer, (b) in a thin layer. Points 1 and 2 correspond to the moments of time 0 and 10 ns, respectively.

Download (240KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Graph of the dependence of (a) frequency, (b) radius of the stationary mode of vortex motion on current density.

Download (240KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The trajectory of the vortex motion at a current density j = 26×10⁷ A/cm² in a thick (a, b) and thin layers (c, d). (a) point 1 – 12 ns, point 2 – 14.3 ns, point 3 – 14.4 ns, point 4 – 15 ns. Points 2 and 3 correspond to the switching moment, (b) continuation of the vortex trajectory in Fig. 2a, here one can see how the vortex reaches a stationary mode after switching the polarity. Point 4 – 15 ns, point 8 – 25 ns; in a thin layer (c, d) the trajectory of the vortex motion at a current density j = 26×10⁷ A/cm². Point 1 – 12 ns, point 2 – 14.3 ns, point 3 – 14.4 ns, point 4 – 15 ns, point 5 – 16 ns, point 6 – 16.1 ns, point 7 – 16.2 ns, point 8 – 25 ns.

Download (396KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dynamic change of the vortex structure in a thick layer, current density j = 26×10⁷ A/cm². Times correspond to points in Fig. 3.

Download (410KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dynamic change of the vortex structure in a thin layer, current density 26×10⁷ A/cm². Times correspond to points in Fig. 3.

Download (206KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».