Ferromagnetic resonance and magnetization switching characteristics of perpendicular magnetic tunnel junctions with synthetic antiferromagnetic free layers

自旋电子学 凝聚态物理 材料科学 铁磁共振 磁化 铁磁性 隧道磁电阻 反铁磁性 双层 磁场 化学 物理 生物化学 量子力学
作者
Deyuan Lyu,Delin Zhang,Daniel B. Gopman,Yang Lv,Onri J. Benally,Jian‐Ping Wang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:120 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1063/5.0075043
摘要

Perpendicular magnetic tunnel junctions (pMTJs) with synthetic antiferromagnetic (SAF) free layers have attracted much interest for applications on spintronic memory devices with ultrafast speed and ultralow energy. In this work, SAF free layer pMTJs (SAF-pMTJs) were designed and fabricated, in which a Ru/Ta bilayer spacer is used to form the SAF structure. We first characterized the magnetization dynamics of the SAF free layer by using ferromagnetic resonance and found that the Gilbert damping constant of the SAF free layer is around 0.019. Then, in device level studies that span from 900 nm down to 200 nm lateral size, we observed a transition of the SAF free layer from a preferred antiparallel to parallel magnetic configuration at small device sizes, which can be explained by the increased dipole interaction. The impact of the operating current was also investigated. We report an extraordinarily strong dependence, up to 144.1 kOe per A/μm2, of the offset field on the applied current, suggesting an electric-field modulation on the interlayer exchange coupling of the SAF free layer. These results will be instructive to improve the understanding of material properties and device performance of SAF-pMTJs for ultrafast, ultralow-power consumption spintronic devices.

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