Reversible Magneto-Ionic Control of Exchange Bias in Coupled Spin-Valve-Like Heterostructures

材料科学 交换偏差 异质结 旋转阀 离子键合 磁电机 凝聚态物理 自旋电子学 偏压 自旋(空气动力学) 光电子学 纳米技术 离子 铁磁性 电压 磁场 磁电阻 热力学 磁化 磁各向异性 物理 量子力学
作者
Markus Gößler,Jonas Zehner,Rico Huhnstock,Falk Röder,Rico Ehrler,Olav Hellwig,Arno Ehresmann,Karin Leistner
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (35): 49671-49682 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.5c10187
摘要

Voltage control of exchange bias (EB) is an important technological goal for low-power spintronic sensor and memory devices. The magneto-ionic (MI) approach for voltage-controlled EB is a promising strategy to achieve this goal, utilizing electrochemical reactions at low operational voltages. In typical MI devices, however, the sensitive EB layers are directly targeted by the electrochemical reactions, which often impairs reversibility. Here, we introduce an alternative device structure by isolating the EB layers from the active MI layer. Making use of the interlayer (IL) coupling through a spacer layer in an IrMn/Fe/Au/Fe spin-valve-like heterostructure, we show that EB can be reversibly controlled by an electrochemical modification of the top layer. Using the same device structure, we also realize an MI switching between single-step and double-step hysteresis loops. We interpret the observed MI effects via an increasing top Fe layer thickness, caused by the electrochemical reduction of FeOx to ferromagnetic Fe. Modeling of hysteresis loops as a function of top layer thickness in an extended Stoner-Wohlfarth approach corroborates this interpretation. Our results highlight an advanced strategy for improving reversibility in MI devices and open a novel pathway toward voltage-controlled spin valves.
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