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Field-free spin–orbit torque switching in ferromagnetic trilayers at sub-ns timescales

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作者
Yang Qu,Donghyeon Han,Shishun Zhao,Jaimin Kang,Fei Wang,Sungchul Lee,Johan van der Lei,Kyung‐Jin Lee,Byong‐Guk Park,Hyunsoo Yang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46113-1
摘要

Current-induced spin torques enable the electrical control of the magnetization with low energy consumption. Conventional magnetic random access memory (MRAM) devices rely on spin-transfer torque (STT), this however limits MRAM applications because of the nanoseconds incubation delay and associated endurance issues. A potential alternative to STT is spin-orbit torque (SOT). However, for practical, high-speed SOT devices, it must satisfy three conditions simultaneously, i.e., field-free switching at short current pulses, short incubation delay, and low switching current. Here, we demonstrate field-free SOT switching at sub-ns timescales in a CoFeB/Ti/CoFeB ferromagnetic trilayer, which satisfies all three conditions. In this trilayer, the bottom magnetic layer or its interface generates spin currents with polarizations in both in-plane and out-of-plane components. The in-plane component reduces the incubation time, while the out-of-plane component realizes field-free switching at a low current. Our results offer a field-free SOT solution for energy-efficient scalable MRAM applications.
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