Voltage-gated field-free spin–orbit torque switching in Pt/Co/Ir/MgO wedged structures

凝聚态物理 材料科学 切换时间 磁化 电压 磁各向异性 铁磁性 磁场 光电子学 物理 化学 生物化学 量子力学 催化作用
作者
Y. Li,X.T. Zhao,Wei Liu,Jinxiang Wu,Long Liu,Yuhang Song,Jun Ma,Zhidong Zhang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:123 (3) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0157986
摘要

The ability to efficiently manipulate magnetization is of great significance for practical applications of spin–orbit torque (SOT) devices. In this study, we report the voltage-controlled, field-free SOT switching in perpendicular magnetized Pt/Co/Ir/MgO structures with wedge iridium interlayers. The insertion of a thin iridium interlayer at ferromagnet/oxide can significantly reduce the perpendicular magnetic anisotropy depending on the Ir thickness. The wedging of the iridium layer breaks lateral structural symmetry, resulting in deterministic switching without the assistance of in-plane magnetic fields. In such a structure, the SOT critical switching currents are remarkably decreased by 29% when a positive 6 V gate voltage is applied. Further quantitative analysis shows that multiple factors contribute to the decrease in switching currents, including a 23% reduction in magnetic anisotropy energy, a reduction in nucleation field, and a minor enhancement in damping-like torque under gate voltage. Moreover, the probabilistic hindrance that gate voltage poses to field-free switching is revealed by the decrease in current-induced perpendicular effective fields from symmetry-breaking. Our research shows that energy-efficient SOT switching can be controlled by gating and offers insight into the mechanism behind voltage-gated SOT switching.
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