ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ СПИНОВОГО КЛАПАНА С ПЛАНАРНОЙ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ, ИНДУЦИРОВАННОЕ ПЕРЕДАЧЕЙ СПИН-ОРБИТАЛЬНОГО КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом магнетронного напыления изготовлены наноструктуры типа спиновый клапан с планарной магнитной анизотропией, малой величиной поля взаимодействия между свободным и референтным слоем и буферным слоем β-Ta. В микрообъектах на основе спиновых клапанов реализовано переключение между высоко- и низкорезистивным состояниями, инициированное импульсом тока и обусловленное передачей спин-орбитального крутящего момента. Показано, что полный поворот магнитного момента свободного слоя CoFe, соседствующего со слоем β-Ta, происходит при циклическом изменении силы тока в импульсе. Необходимая для переключения плотность тока составила j ≈ 3 · 1010А/м2.

Об авторах

Анастасия Анатольевна Гермизина

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: germizina@imp.uran.ru
ORCID iD: 0009-0006-4139-698X
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Лариса Ивановна Наумова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: naumova@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Михаил Анатольевич Миляев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: milyaev@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Роман Сергеевич Заворницын

Институт физики металлов УрО РАН

Email: zavornitsyn@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Татьяна Александровна Чернышова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: chernyshova@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Вячеслав Витальевич Проглядо

Институт физики металлов УрО РАН

Email: proglyado@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Владимир Васильевич Устинов

Институт физики металлов УрО РАН

Email: ustinov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Список литературы

  1. Cao Y., Xing G., Lin H., Zhang N., Zheng H., Wang K. Prospect of Spin-Orbitronic Devices and Their Applications // iScience. 2020. V. 23. P. 101614. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101614
  2. Gawade T., Borole U., Behera B., Khan J., Barshilia H., Chowdhury P. Giant magnetoresistance (GMR) spin-valve based magnetic sensor with linear and bipolar characteristics for low current detection // JMMM. 2023. V. 573. P. 170679. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.170679
  3. Wu H., Zhang X., Wan C.H., Tao B.S., Huang L., Kong W.J., Han X.F. Hanle magnetoresistance: The role of edge spin accumulation and interfacial spin current // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 174407. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.174407
  4. Sala G., Wang H., Legrand W., Gambardella P. Orbital Hanle Magnetoresistance in a 3d Transition Metal // Phys. Rev. Lett. 2023. V. 131. P. 156703. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.156703
  5. Dyakonov M.I. Magnetoresistance due to Edge Spin Accumulation // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. P. 126601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.126601
  6. Li J., Comstock A.H., Sun D., Xu X. Comprehensive demonstration of spin Hall Hanle effects in epitaxial Pt thin films // Phys. Rev. B. 2022. V. 106. P. 184420. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.184420
  7. Maruyama Y., Ohshima R., Shigematsu E., Ando Y., Shiraishi M. Modulation of Hanle magnetoresistance in an ultrathin platinum film by ionic gating // Appl. Phys. Exp. 2023. V. 16. P. 023004. https://doi.org/10.35848/1882-0786/acbc0a
  8. V ´elez S., Golovach V.N., Bedoya-Pinto A., Isasa M., Sagasta E., Abadia M., Rogero C., Hueso L.E., Bergeret F.S., Casanova F. Hanle Magnetoresistance in Thin Metal Films with Strong Spin-Orbit Coupling // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. P. 016603. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.016603
  9. Zhu L., Ralph D.C., Buhrman R.A. Maximizing spin-orbit torque generated by the spin Hall effect of Pt // Appl. Phys. Rev. 2021. V. 8. P. 031308. https://doi.org/10.1063/5.0059171
  10. Kim Y., Jeong W., Yun D., Ahn G.-E., Lee O.J. Spin and orbital properties of perpendicular magnetic anisotropy for spin-orbit torque material devices // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 544. P. 148959. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.148959
  11. Yu G., Upadhyaya P., Wong K.L., Jiang W., Alzate J.G., Tang J., Amiri P.K., Wang K.L. Magnetization switching through spin-Hall-effect-induced chiral domain wall propagation // Phys. Rev. B. 2014. V. 89. P. 104421. https://doi.org/10.1103/Phys. Rev. B.89.104421
  12. Liu L.Q., Lee O.J., Gudmundsen T.J., Ralph D.C., Buhrman R.A. Current-Induced Switching of Perpendicularly Magnetized Magnetic Layers Using Spin Torque from the Spin Hall Effect // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 109. P. 096602. https://doi.org/10.1103/Phys. Rev. Lett.109.096602
  13. Chen Y.-C., Jia Q., Yang Y., Huang Y.-H., Lyu D., Peterson T. J., Wang J.-P. Enhanced Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy and Field-Free Magnetization Switching Achieved with High Work Function and Opposite Spin Hall Angles in W/Pt/WSOT Tri-Layers // Adv. Funct. Mater. 2025. V. 35. P. 2416570. https://doi.org/10.1002/adfm.202416570
  14. Liu L., Pai C.-F., Li Y., Tseng H.W., Ralph D.C., Buhrman R.A. Spin-Torque Switching with the Giant Spin Hall Effect of Tantalum // Science. 2012. V. 336. P. 555–558. https://doi.org/10.1126/science.1218197
  15. Pai C.-F., Liu L., Li Y., Tseng H.W., Ralph D.C., Buhrman R.A. Spin transfer torque devices utilizing the giant spin Hall effect of tungsten // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 122404. https://doi.org/10.1063/1.4753947
  16. Han X., Wang X., Wan C., Yu G., Lv X. Spin-orbit torques: Materials, physics, and devices // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 118. P. 120502. https://doi.org/10.1063/5.0039147
  17. Brataas A., Kent A.D., Ohno H. Current-induced torques in magnetic materials // Nat. Mat. 2012. V. 11. P. 372–381. https://doi.org/10.1038/NMAT3311
  18. Ustinov V.V., Naumova L.I., Zavornitsyn R.S., Yasyulevich I.A., Maksimova I.K., Krinitsina T.P., Pavlova A.Y., Proglyado V.V., Milyaev M.A. Spin-orbit coupling mediated size effects in magnetoresistance of Ta nanolayers // JETP. 2024. V. 165. P. 132–144. https://doi.org/10.31857/S00444510240102e3
  19. Zavornitsyn R.S., Naumova L.I., Milyaev M.A., Maksimova I.K., Proglyado V.V., Ustinov V.V. Longitudinal Magnetoresistance of Ta/FeMn/Ta, Ta/Dy/Ta, and Ta/CoFe/Ta Nanostructures Caused by Spin Hall Effect // Bull. RAS: Phys. 2025. V. 89. P. 492–499. https://doi.org/10.1134/S1062873825710694
  20. Наумова Л.И., Заворницын Р.С., Миляев М.А., Гер-мизина А.А., Максимова И.К., Чернышова Т.А., Павлова А.Ю., Проглядо В.В., Устинов В.В. Теп-ловые и спин-орбитальные эффекты при действии тока на спиновые клапаны, содержащие слои β-Ta и сплава NiFeCr // ФММ. 2024. Т. 125. С. 1477–1486.
  21. Наумова Л.И., Заворницын Р.С., Миляев М.А., Девятериков Д.И., Русалина А.С., Криницина Т.П., Павлова А.Ю., Проглядо В.В., Устинов В.В.Ге-лимагнитная и кристаллографическая текстуры роста нанослоев диспрозия на буферных сло-ях Co90Fe10,Nbи β-Ta // ФММ. 2023. Т. 124. С. 692–702.
  22. Zuo J.D., Wang Y.Q., Wu K., Zhang J.Y., Liu G., Sun J. Phase tailoring of Ta films via buffer layer-thicknesses controlling // Scripta Mater. 2022. V. 212. P. 114582. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2022.114582
  23. Ellis E.A.I., Chmielus M., Baker S.P. Effect of sputter pressure on Ta thin films: Beta phase formation, texture, and stresses // Acta Mater. 2018. V. 150. P. 317–326. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.02.050
  24. Magnuson M., Greczynski G., Eriksson F., Hultman L., H ¨ogberg H. Electronic Structure of b-Ta Films from X-ray Photoelectron Spectroscopy and First-principles Calculations // Appl. Sulf. Sci. 2019. V. 470. P. 607–612. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.11.09
  25. Иванова А.Г., Самодуров И.Н., Мартемьянов В.М. Магнитное поле прямоугольного проводника с током // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 6. https://eduherald.ru/ru/article/view?id=14265
  26. Xie N., Fan W., Tang M., Pan C., Zhu W., Zhou S., Qiua X. Evolution of spin Hall mechanism and spin-orbit torque in (a, b) phase tantalum film // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 123. P. 062402. https://doi.org/10.1063/5.0155881
  27. Kools J.C.S. Exchange-biased spin-valves for magnetic storage // IEEE Trans. Magn. 1996. V. 32 (4). P. 3165–3184. https://doi.org/10.1109/20.508381

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).