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Tailoring skyrmion motion dynamics via magnetoelectric coupling: Toward highly energy-efficient and reliable non-volatile memory applications

自旋电子学 空中骑兵 材料科学 CMOS芯片 非易失性存储器 电压 光电子学 联轴节(管道) 计算机科学 物理 电气工程 凝聚态物理 工程类 铁磁性 冶金
作者
Xuefeng Zhao,Di Wang,Hao Zhang,Long Liu,Huai Lin,Ziwei Wang,Xueying Zhang,Changqing Xie,Weinan Lin,Nan Gao,Cheng Pan,Guozhong Xing
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:132 (8) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0103237
摘要

Owing to the intriguing physical properties and significant spintronic applications, magnetic skyrmions have recently drawn intensive attention. Particularly, the skyrmion-based non-volatile memory (Sky-NVM) devices promise to be spintronic building blocks with high efficiency. However, tailoring Sky-NVM to achieve an energy-efficient and reliable operation in a synthetic, CMOS compatible, and magnetic-field-free integration is a challenging issue. Here, we report a new type of compact Sky-NVM with tailored skyrmion motion dynamics via in-plane strain gradient engineering. The skyrmion motion is merely driven by an in-plane electric field utilizing the magnetoelectric coupling effect, and the programmable switching is realized by gate biasing the potential barrier height via a voltage-controlled magnetic anisotropy. The proposed device is CMOS process compatible, and the comprehensive micromagnetic simulation results demonstrate that by applying a 0.3 V in-plane voltage combined with −0.17 V gate voltage, its write latency and the energy consumption reach 5.85 ns and 4.77 aJ/bit, respectively, superior to the state-of-the-art counterparts. Our work paves a new path toward ultra-low-power spintronic memory devices.
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