Perpendicular Magnetic Anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya Interaction at an Oxide/Ferromagnetic Metal Interface

凝聚态物理 材料科学 铁磁性 氧化物 铁电性 各向异性 金属 能量(信号处理) 磁各向异性 磁场 磁化 物理 光电子学 光学 冶金 电介质 量子力学
作者
Weinan Lin,Baishun Yang,Andy Paul Chen,Xiaohan Wu,Rui Guo,Shaohai Chen,Liang Liu,Qidong Xie,Xinyu Shu,Yajuan Hui,Gan Moog Chow,Yuan Ping Feng,G. Carlotti,S. Tacchi,Hongxin Yang,Jingsheng Chen
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:124 (21) 被引量:29
标识
DOI:10.1103/physrevlett.124.217202
摘要

We report on the study of both perpendicular magnetic anisotropy (PMA) and Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) at an oxide/ferromagnetic metal (FM) interface, i.e., ${\mathrm{BaTiO}}_{3}$ $(\mathrm{BTO})/\mathrm{CoFeB}$. Thanks to the functional properties of the BTO film and the capability to precisely control its growth, we are able to distinguish the dominant role of the oxide termination (${\mathrm{TiO}}_{2}$ vs BaO) from the moderate effect of ferroelectric polarization in the BTO film, on the PMA and DMI at an oxide/FM interface. We find that the interfacial magnetic anisotropy energy of the $\mathrm{BaO}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{BTO}/\mathrm{CoFeB}$ structure is 2 times larger than that of the ${\mathrm{TiO}}_{2}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{BTO}/\mathrm{CoFeB}$, while the DMI of the ${\mathrm{TiO}}_{2}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{BTO}/\mathrm{CoFeB}$ interface is larger. We explain the observed phenomena by first principles calculations, which ascribe them to the different electronic states around the Fermi level at oxide/ferromagnetic metal interfaces and the different spin-flip process. This study paves the way for further investigation of the PMA and DMI at various oxide/FM structures and thus their applications in the promising field of energy-efficient devices.

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