Voltage control of multiferroic magnon torque for reconfigurable logic-in-memory

马格农 凝聚态物理 多铁性 磁学 反铁磁性 铋铁氧体 铁电性 物理 自旋电子学 磁化 铁磁性 材料科学 光电子学 自旋极化 量子力学 磁场 电介质 自旋霍尔效应 电子
作者
Yahong Chai,Yuhan Liang,Cancheng Xiao,Yue Wang,Bo Li,Dingsong Jiang,Pratap Pal,Yongjian Tang,Hetian Chen,Yuejie Zhang,Hao Bai,Teng Xu,Wanjun Jiang,Witold Skowroński,Qinghua Zhang,Lin Gu,Jing Ma,Pu Yu,Jianshi Tang,Yuanhua Lin,Di Yi,Daniel C. Ralph,Chang‐Beom Eom,Huaqiang Wu,Tianxiang Nan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50372-3
摘要

Abstract Magnons, bosonic quasiparticles carrying angular momentum, can flow through insulators for information transmission with minimal power dissipation. However, it remains challenging to develop a magnon-based logic due to the lack of efficient electrical manipulation of magnon transport. Here we show the electric excitation and control of multiferroic magnon modes in a spin-source/multiferroic/ferromagnet structure. We demonstrate that the ferroelectric polarization can electrically modulate the magnon-mediated spin-orbit torque by controlling the non-collinear antiferromagnetic structure in multiferroic bismuth ferrite thin films with coupled antiferromagnetic and ferroelectric orders. In this multiferroic magnon torque device, magnon information is encoded to ferromagnetic bits by the magnon-mediated spin torque. By manipulating the two coupled non-volatile state variables—ferroelectric polarization and magnetization—we further present reconfigurable logic operations in a single device. Our findings highlight the potential of multiferroics for controlling magnon information transport and offer a pathway towards room-temperature voltage-controlled, low-power, scalable magnonics for in-memory computing.
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