自旋轨道矩驱动垂直磁化异质结磁矩翻转和磁畴壁运动的研究.pdfVIP

自旋轨道矩驱动垂直磁化异质结磁矩翻转和磁畴壁运动

的研究

自旋轨道矩驱动垂直磁化异质结磁矩翻转和磁畴壁运动的

研究

近年来，磁存储技术的不断发展为信息时代的进步提供了

重要的支持。磁存储器件中常使用的磁材料在其微观结构中具

有多个自旋磁矩，这些磁矩可通过外部磁场或电流作用来改变

其磁化方向。然而，传统的磁矩翻转方法存在能量损耗大、速

度慢等问题，在追求更高速度、更低功耗的磁存储技术中需要

寻找新的解决方案。

自旋轨道矩（spin-orbittorque，SOT）是一种新型的磁

矩操控方法，其通过自旋轨道耦合效应（spin-orbit

coupling，SOC）将电流的自旋与磁矩耦合，从而实现垂直磁

化异质结磁矩的翻转。相比传统的磁矩操控方法，SOT具有翻

转速度快、能耗低的优点，因此引起了广泛关注。

SOT磁矩翻转机制主要包括两种：自旋荷和自旋霍尔效应。

自旋荷效应是指电流自旋极化引起的离子动量转移，进而改变

磁矩方向。自旋霍尔效应则是指自旋极化电流在异质结中产生

的自旋轨道耦合效应，从而产生自旋轨道矩作用于磁矩上。这

两种效应在磁矩翻转中起到了关键作用。

研究表明，SOT对垂直磁化异质结磁矩的操控不仅可以实

现翻转，还可以促进磁畴壁运动。磁畴壁是磁材料内部不同磁

畴之间的边界，其中磁矩的方向有着连续变化。磁畴壁的运动

对磁存储器件的读写速度有着重要影响。利用SOT可以通过电

流的自旋极化效应来操控磁畴壁的移动，从而实现磁器件的高

速写入和读取。

为了更好地理解和应用SOT磁矩翻转和磁畴壁运动效应，

许多研究工作进行了深入探索。例如，研究人员通过调节材料

的结构和组分，改变自旋轨道耦合效应强度，进一步优化磁矩

翻转效率。同时，通过制备具有一定晶格结构的材料，可以调

控自旋晶格耦合效应，进一步增强自旋轨道矩对磁矩的作用。

此外，研究人员还着重研究了SOT磁畴壁运动效应的机制。

他们提出了许多磁畴壁运动模型，如耦合模型和动力学模型，

通过探究磁畴壁与自旋轨道矩之间的相互作用，揭示了磁畴壁

运动的基本原理。这些研究为进一步提高磁畴壁运动的速度和

控制性能提供了理论指导。

总之，自旋轨道矩驱动垂直磁化异质结磁矩翻转和磁畴壁

运动的研究是当今磁存储技术领域的热点之一。通过深入探索

SOT磁矩翻转机制和磁畴壁运动效应的基本原理，可以为磁存

储器件的高速、低功耗应用提供重要技术支持。随着相关研究

的不断推进，相信SOT磁矩翻转和磁畴壁运动将成为磁存储技

术发展的重要驱动力

综上所述，SOT磁矩翻转和磁畴壁运动是磁存储技术领域

的热点研究方向。通过调节材料的结构和组分，优化自旋轨道

耦合效应以及自旋晶格耦合效应，可以提高磁矩翻转效率和控

制性能。此外，研究人员还通过提出耦合模型和动力学模型，

揭示了磁畴壁运动的基本原理，为磁存储器件的高速写入和读

取提供了理论指导。在未来的研究中，SOT磁矩翻转和磁畴壁

运动将继续推动磁存储技术的发展，为高速、低功耗的磁存储

器件应用提供重要的技术支持