Electric-field control of field-free spin-orbit torque switching via laterally modulated Rashba effect in Pt/Co/AlOx structures

自旋电子学 凝聚态物理 电场 拉希巴效应 点反射 材料科学 铁磁性 自旋霍尔效应 磁化 电压 自旋轨道相互作用 磁场 物理 自旋极化 电子 量子力学
作者
Min‐Gu Kang,Jong-Guk Choi,Jimin Jeong,Jae Yeol Park,Hyeon-Jong Park,Jong Min Yuk,Kyung‐Jin Lee,Byong‐Guk Park
出处
期刊:Research Square - Research Square 被引量:1
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-87924/v1
摘要

Abstract Spin-orbit coupling effect in structures with broken inversion symmetry, known as the Rashba effect, facilitates spin-orbit torques (SOTs) in heavy metal/ferromagnet/oxide structures, along with the spin Hall effect. Electric-field control of the Rashba effect is established for semiconductor interfaces, but it is challenging in structures involving metals owing to the screening effect. Here, we report that the Rashba effect in Pt/Co/AlO x structures is laterally modulated by electric voltages, generating out-of-plane SOTs. This enables field-free switching of the perpendicular magnetization and electrical control of the switching polarity. Changing the gate oxide reverses the sign of out-of-plane SOT while maintaining the same sign of voltage-controlled magnetic anisotropy, which confirms the Rashba effect at the Co/oxide interface is a key ingredient of the electric-field modulation. The electrical control of SOT switching polarity in a reversible and non-volatile manner can be utilized for programmable logic operations in spintronic logic-in-memory devices.

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