Asymmetric magnetization switching and programmable complete Boolean logic enabled by long-range intralayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction

磁化 凝聚态物理 磁各向异性 自旋电子学 磁滞 磁场 物理 垂直的 铁磁性 量子力学 几何学 数学
作者
Qianbiao Liu,Long Liu,Guozhong Xing,Lijun Zhu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 2978-2978 被引量:26
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47375-5
摘要

Abstract After decades of efforts, some fundamental physics for electrical switching of magnetization is still missing. Here, we report the discovery of the long-range intralayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) effect, which is the chiral coupling of orthogonal magnetic domains within the same magnetic layer via the mediation of an adjacent heavy metal layer. The effective magnetic field of the long-range intralayer DMI on the perpendicular magnetization is out-of-plane and varies with the interfacial DMI constant, the applied in-plane magnetic fields, and the magnetic anisotropy distribution. Striking consequences of the effect include asymmetric current/field switching of perpendicular magnetization, hysteresis loop shift of perpendicular magnetization in the absence of in-plane direct current, and sharp in-plane magnetic field switching of perpendicular magnetization. Utilizing the intralayer DMI, we demonstrate programable, complete Boolean logic operations within a single spin-orbit torque device. These results will stimulate investigation of the long-range intralayer DMI effect in a variety of spintronic devices.
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