Влияние ферромагнитного слоя с плоскостной анизотропией на возможность токоиндуцированного перемагничивания в многослойной структуре
Appl. Phys. Lett. 120, 122402 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0079400
Разработка надежных методов локального управления ориентации намагниченности посредствам пропускания электрического тока является одной из ключевых задач спинтроники. В работе проведено экспериментально исследование одного из возможных подходов для решения этой задачи посредствам использование двух магнитносвязанных слоев. Пропускание тока через структуру содержащую бислой “тяжелый металл”/ферромагнетик (ТМ/ФМ), может приводить к генерации тока спин-поляризованных электронов из слоя ТМ в слой ФМ в следствие спинового эффекта Холла. Действие такого тока может приводить к переключению ориентации намагниенности в слое ФМ, при условии нарушения симметрии состояния, которое проще всего создается с помощью постоянного магнитного поля в плоскости образца [2]. Практическая сложность реализации такого механизма привела к разработке нескольких методов, позволяющих отказаться от необходимости использования внешнего поля.
Одним из таких методов является использование дополнительного магнитного слоя, намагниченность которого лежит в плоскости образца, для создания «встроенного» магнитного поля. Экспериментально была подготовлена и исследована структура W/CoFeB/W/CoFeB/MgO/Pt, Рис.1а. Первый слой CoFeB имеет плоскостную анизотропию и используется для создания эффективного магнитного поля в плоскости образца; второй слой имеет перпендикулярную магнитную анизотропию и используется как объект для переключения ориентации намагниченности. Нижний слой W используется как источник спинового тока, второй слой W тонкий и используется для разделения магнитных слоев. В работе проведено всестороннее исследование механизма взаимодействия слоев, для определения значимости вкладов: магнитостатического взаимодействии, локального поля на шероховатостях и косвенного обменного взаимодействия, Рис.1б. Установлено, что симметрия процесса перемагничивания соответствует доминирующему вкладу локального поля на шероховатостях.
Рис.1. (а) Фотография структуры Холла, которая использовалась для измерения величины аномального эффекта Холла на контактах , пропорциональной z-компоненте намагниченности, при пропускании тока через контакты I+ и I-. На вставке приведена структура магнитной пленки. (б) Схематическое изображение магнитных полей, действующих на намагниченность верхнего слоя CoFeB со стороны нижнего слоя.
[1] W. L. Yang, Z. R. Yan, Y. W. Xing, C. Cheng, C. Y. Guo, X. M. Luo, M. K. Zhao, G. Q. Yu, C. H. Wan, M. E. Stebliy, A. V. Ognev, A. S. Samardak, and X. F. Han, Role of an in-plane ferromagnet in a T-type structure for field-free magnetization switching. Appl. Phys. Lett. 120, 122402 (2022) https://doi.org/10.1063/5.0079400
[2] M. Miron, P. Gambardella, Perpendicular switching of a single ferromagnetic layer induced by in-plane current injection, Nature 476, 189 (2011).