Spin–Orbit Torque and Current‐Driven Switching in Pt100‐yTby/Co/AlOx Trilayers

材料科学 凝聚态物理 自旋电子学 磁化 电流密度 自旋霍尔效应 自旋(空气动力学) 领域(数学) 磁场 电子 铁磁性 自旋极化 物理 数学 量子力学 纯数学 热力学
作者
Jinxiang Wu,Xiaotian Zhao,Wei Liu,Y. Li,Long Liu,Hongzhan Ju,Yuhang Song,Jun Ma,Zhidong Zhang
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:10 (4)
标识
DOI:10.1002/aelm.202300726
摘要

Abstract To decrease the energy consumption for the electrical manipulation of magnetization, the enhancement of the spin Hall effect through alloying is widely investigated, but the use of rare earth elements is rarely mentioned. This work reports the modification of the spin Hall effect on Pt by doping rare earth Tb atoms. The spin–orbit torque (SOT) performance is significantly enhanced in Pt 100‐y Tb y alloyed heavy metal (HM) layer. Compared with the Tb‐free sample, the damping‐like effective field per unit current density increases to 1.9 times in the samples with Tb content between 5% and 10%. The critical current density for magnetization reversal is greatly reduced by 65% in a device with Pt 87 Tb 13 HM layer and the in‐plane assistant field as small as ±20 Oe is sufficient for the deterministic switching in the same device. By magneto‐optical Kerr effect imaging, it is confirmed that the increased in‐plane field can effectively compensate the Dzyaloshinskii–Moriya interaction (DMI), which not only helps to reduce the critical current, but also facilitates the domain wall motion and is beneficial for the switching process. All results show that the Pt‐Tb alloy is a competitive candidate for low‐power spintronic devices.
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