Revisiting the analytical solution of spin-orbit torque switched nanoscale perpendicular ferromagnets

铁磁性 凝聚态物理 垂直的 自旋(空气动力学) 扭矩 纳米尺度 轨道(动力学) 物理 材料科学 量子力学 数学 几何学 工程类 航空航天工程 热力学
作者
Xue Zhang,Zhengde Xu,Zhifeng Zhu
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (18)
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.184428
摘要

The scaling of magnetic memory into nanometer size calls for a theoretical model to accurately predict the switching current. Previous models show a large discrepancy with experiments in studying the spin-orbit torque switching of the perpendicular magnet. In this work, we observed that the trajectory of magnetization shows a smooth transition during the switching. This contradicts the magnetization dynamics proposed in previous models, which suggest that magnetization first aligns with the spin polarization (\ensuremath{\sigma}) before switching can occur. We demonstrate that aligning magnetization to \ensuremath{\sigma} requires a very large current, resulting in the unsatisfactory fitting between the previous models and experiments. In contrast, the smooth transition permits a lower switching current. Guided by this refined physical picture, we pinpoint the reversal of precession chirality as a pivotal factor for achieving deterministic switching. This insight contributes to the development of an analytical model that shows good alignment with the experimental data. We offer a clearer understanding of the current-induced magnetization switching process, which will benefit the advancements in spin-orbit torque magnetic random-access memory.

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