Initialization-free multistate memristor: Synergy of spin–orbit torque and magnetic fields

记忆电阻器 凝聚态物理 磁场 扭矩 自旋(空气动力学) 初始化 物理 轨道(动力学) 量子力学 计算机科学 航空航天工程 工程类 热力学 程序设计语言
作者
Raghvendra Posti,Chirag Kalouni,Dhananjay Tiwari,Debangsu Roy
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (15)
标识
DOI:10.1063/5.0226485
摘要

Spin–orbit torque (SOT)-based perpendicularly magnetized memory devices with multistate memory have garnered significant interest due to their applicability in low-power in-memory analog computing. However, current methods are hindered by initialization problems, such as prolonged writing duration, and limitations, on the number of magnetic states. Consequently, a universal method for achieving multistate in perpendicular magnetic anisotropy (PMA)-based stacks remains elusive. Here, we propose a general experimental method for achieving multistate without any initialization step in SOT-driven magnetization switching by integrating an external out-of-plane magnetic field. Motivated by macrospin calculations coupled with micromagnetic simulations, which demonstrate the plausibility of magnetization state changes due to out-of-plane field integration, we experimentally verify multistate behavior in Pt/Co/Pt and W/Pt/Co/AlOx stacks. The occurrence of multistate behavior is attributed to intermediate domain states with Néel domain walls. We achieve repeatable 18 multistate configurations with a minimal reduction in retentivity through energy barrier measurements, paving the way for efficient analog computing.
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