Published March 1, 2022
| Version v1
Publication
Open
Magnetisation switching dynamics induced by combination of spin transfer torque and spin orbit torque
- 1. Mahasarakham University
- 2. University of York
Description
Abstract We present a theoretical investigation of the magnetisation reversal process in CoFeB-based magnetic tunnel junctions (MTJs). We perform atomistic spin simulations of magnetisation dynamics induced by combination of spin orbit torque (SOT) and spin transfer torque (STT). Within the model the effect of SOT is introduced as a Slonczewski formalism, whereas the effect of STT is included via a spin accumulation model. We investigate a system of CoFeB/MgO/CoFeB coupled with a heavy metal layer where the charge current is injected into the plane of the heavy metal meanwhile the other charge current flows perpendicular into the MTJ structure. Our results reveal that SOT can assist the precessional switching induced by spin polarised current within a certain range of injected current densities yielding an efficient and fast reversal on the sub-nanosecond timescale. The combination of STT and SOT gives a promising pathway to improve high performance CoFeB-based devices with high speed and low power consumption.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص نقدم تحقيقًا نظريًا لعملية انعكاس المغنطة في تقاطعات الأنفاق المغناطيسية القائمة على CoFeB (MTJs). نقوم بإجراء محاكاة الدوران الذري لديناميكيات المغنطة الناجمة عن مزيج من عزم الدوران المداري (SOT) وعزم دوران نقل الدوران (STT). ضمن النموذج، يتم تقديم تأثير SOT كشكلية Slonczewski، في حين يتم تضمين تأثير STT عبر نموذج تراكم الدوران. نقوم بالتحقيق في نظام CoFeB/MgO/CoFeB مقترنًا بطبقة معدنية ثقيلة حيث يتم حقن تيار الشحن في مستوى المعدن الثقيل وفي الوقت نفسه يتدفق تيار الشحن الآخر عموديًا في هيكل MTJ. تكشف نتائجنا أن SOT يمكن أن يساعد في التبديل المسبق الناجم عن التيار المستقطب المغزلي ضمن نطاق معين من كثافات التيار المحقون مما يؤدي إلى انعكاس فعال وسريع على النطاق الزمني دون النانو ثانية. يوفر الجمع بين STT و SOT مسارًا واعدًا لتحسين الأجهزة عالية الأداء القائمة على CoFeB بسرعة عالية واستهلاك منخفض للطاقة.Translated Description (French)
Résumé Nous présentons une étude théorique du processus d'inversion de magnétisation dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM) à base de CoFeB. Nous effectuons des simulations de spin atomistiques de la dynamique de magnétisation induite par la combinaison du couple d'orbite de spin (sot) et du couple de transfert de spin (STT). Dans le modèle, l'effet de la sot est introduit sous la forme d'un formalisme de Slonczewski, tandis que l'effet de la STT est inclus via un modèle d'accumulation de spin. Nous étudions un système de CoFeB/MgO/CoFeB couplé à une couche de métal lourd où le courant de charge est injecté dans le plan du métal lourd tandis que l'autre courant de charge circule perpendiculairement dans la structure MTJ. Nos résultats révèlent que la sot peut aider la commutation précessionnelle induite par le courant polarisé en spin dans une certaine plage de densités de courant injecté, produisant une inversion efficace et rapide sur l'échelle de temps inférieure à la nanoseconde. La combinaison de STT et de sot offre une voie prometteuse pour améliorer les dispositifs à base de CoFeB haute performance avec une vitesse élevée et une faible consommation d'énergie.Translated Description (Spanish)
Resumen Presentamos una investigación teórica del proceso de inversión de la magnetización en uniones túnel magnéticas (MTJ) basadas en CoFeB. Realizamos simulaciones de espín atomístico de la dinámica de magnetización inducida por la combinación de torque de órbita de espín (SOT) y torque de transferencia de espín (STT). Dentro del modelo, el efecto de SOT se introduce como un formalismo de Slonczewski, mientras que el efecto de STT se incluye a través de un modelo de acumulación de espín. Investigamos un sistema de CoFeB/MgO/CoFeB acoplado con una capa de metal pesado donde la corriente de carga se inyecta en el plano del metal pesado mientras que la otra corriente de carga fluye perpendicularmente a la estructura MTJ. Nuestros resultados revelan que el SOT puede ayudar a la conmutación precesional inducida por la corriente polarizada de espín dentro de un cierto rango de densidades de corriente inyectada, lo que produce una inversión eficiente y rápida en la escala de tiempo de subnanosegundos. La combinación de STT y SOT ofrece una vía prometedora para mejorar los dispositivos basados en CoFeB de alto rendimiento con alta velocidad y bajo consumo de energía.Files
s41598-022-07277-2.pdf.pdf
Files
(3.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:914d3e857a570129f5e838a4d2d6abd6
|
3.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ديناميكيات تبديل المغنطة الناجمة عن مزيج من عزم دوران نقل الدوران وعزم دوران مدار الدوران
- Translated title (French)
- Dynamique de commutation de magnétisation induite par la combinaison du couple de transfert de spin et du couple d'orbite de spin
- Translated title (Spanish)
- Dinámica de conmutación de magnetización inducida por la combinación de par de transferencia de espín y par de órbita de espín
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4214715739
- DOI
- 10.1038/s41598-022-07277-2
References
- https://openalex.org/W1755258612
- https://openalex.org/W1964504828
- https://openalex.org/W1968362055
- https://openalex.org/W1976165265
- https://openalex.org/W2001129790
- https://openalex.org/W2006948418
- https://openalex.org/W2009775082
- https://openalex.org/W2010216838
- https://openalex.org/W2014744284
- https://openalex.org/W2019378533
- https://openalex.org/W2028712544
- https://openalex.org/W2028856390
- https://openalex.org/W2053162526
- https://openalex.org/W2055549420
- https://openalex.org/W2061761071
- https://openalex.org/W2088336933
- https://openalex.org/W2096445739
- https://openalex.org/W2107241771
- https://openalex.org/W2118531588
- https://openalex.org/W2124383738
- https://openalex.org/W2125305364
- https://openalex.org/W2138670105
- https://openalex.org/W2148003211
- https://openalex.org/W2229467605
- https://openalex.org/W2265186888
- https://openalex.org/W2286880570
- https://openalex.org/W2305640401
- https://openalex.org/W2320998433
- https://openalex.org/W2340865130
- https://openalex.org/W2364964003
- https://openalex.org/W2518702383
- https://openalex.org/W2548841391
- https://openalex.org/W2581356274
- https://openalex.org/W2592729757
- https://openalex.org/W2604611318
- https://openalex.org/W2621435499
- https://openalex.org/W2660250985
- https://openalex.org/W2729805806
- https://openalex.org/W2742177062
- https://openalex.org/W2770398769
- https://openalex.org/W2787226197
- https://openalex.org/W2888567746
- https://openalex.org/W2896872617
- https://openalex.org/W2899007554
- https://openalex.org/W2903790537
- https://openalex.org/W2921524283
- https://openalex.org/W2926853997
- https://openalex.org/W2932192937
- https://openalex.org/W2942267901
- https://openalex.org/W2963063763
- https://openalex.org/W2964089300
- https://openalex.org/W2966533375
- https://openalex.org/W2981875882
- https://openalex.org/W3002927788
- https://openalex.org/W3008538372
- https://openalex.org/W3016985111
- https://openalex.org/W3017822084
- https://openalex.org/W3021268696
- https://openalex.org/W3098679429
- https://openalex.org/W3099066499
- https://openalex.org/W3100269658
- https://openalex.org/W3103119202
- https://openalex.org/W3104406349
- https://openalex.org/W3105308223
- https://openalex.org/W3105391692
- https://openalex.org/W3106003282
- https://openalex.org/W3108899305
- https://openalex.org/W3112691052
- https://openalex.org/W3120089686
- https://openalex.org/W3129389843
- https://openalex.org/W3134579104
- https://openalex.org/W3144630460
- https://openalex.org/W3164922785
- https://openalex.org/W3170565144
- https://openalex.org/W3172418974
- https://openalex.org/W4230778533
- https://openalex.org/W811376922