反铁磁体铁磁体结构中交换偏置切换的演示

确定控制反铁磁/铁磁薄膜中的磁化和交换偏置的有效方法可以促进新型自旋电子器件的开发。磁化切换可以通过在与这些膜相邻的重金属层中引起一种称为自旋轨道转矩(SOT)的现象来实现。但是，到目前为止，已证明该设计策略很难与交换偏置切换和隧穿磁阻测量相结合。

中国北京航空航天大学，加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)和其他研究所的研究人员最近证明了反铁磁体/铁磁体(IrMn / CoFeB)双层结构中电流感应的交换偏置切换。他们通过在结构的反铁磁层中生成SOT来实现这一目标。

研究人员几年前开始研究反铁磁体/铁磁体/氧化物结构的潜力。在去年发表的一项研究中，他们能够借助交换偏置场产生电压门控SOT，从而实现IrMn / CoFeb / MgO结构的垂直磁化的无场切换。随后，从最近的一篇论文中获得启发，该论文报道了通过SOT的产生来控制交换偏压，他们开始探索在相同IrMn / CoFeb / MgO结构中的交换偏压切换。

“我们对这个话题很感兴趣，因为交换偏置场通常被认为是非常鲁棒的，除非环境温度高于反铁磁层的阻断温度甚至是尼尔温度，否则很难将其反转，”研究人员之一的赵维生说。进行这项研究的人士告诉TechXplore。“另一方面，我们打算验证是否可以通过反铁磁(AFM)/铁磁(FM)/氧化物堆中的SOT来交换交换偏置磁场，因为与AFM / FM /重金属结构相比，它更容易实现，将隧道磁阻(用于FM磁化的电读取)，SOT和交换偏置开关集成到单个设备中。”

在他们最近的研究中，Zhao及其同事着手研究IrMn / CoFeB / MgO结构中交换偏压和磁化的操纵，其中SOT源自反铁磁层IrMn。他们的发现证明了通过生成SOT在这种结构中切换交换偏置场的可行性。

“通过控制SOT电流的方向和大小，可以实现铁磁磁化强度和交换偏置场的独立控制，”赵说。“我们还发现，交换偏置切换的临界电流密度大于CoFeB磁化反转的临界电流密度。我们通过X射线磁圆二向色性(XMCD)，极化中子反射法(PNR)测量和微磁模拟进一步阐明了这种机制，这表明，IrMn界面内的小的净磁化强度在这些现象中起着至关重要的作用。 ”