Field-Free Spin–Orbit Torque Switching via Oscillatory Interlayer Dzyaloshinskii–Moriya Interaction for Advanced Memory Applications

凝聚态物理 材料科学 磁阻随机存取存储器 扭矩 反对称关系 沉积(地质) 随机存取存储器 物理 计算机科学 地质学 古生物学 沉积物 计算机硬件 数学物理 热力学
作者
Chun-Yi Lin,Po-Chuan Wang,Yu-Hao Huang,Wei-Chuan Liao,Ming Song,Xinyu Bao,Chi‐Feng Pai
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:: 400-408
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.3c01376
摘要

Realizing robust field-free current-induced switching of perpendicular magnetization is of utmost importance to make spin–orbit torque (SOT) magnetic random-access memory (MRAM) possible. Diverging from the conventional field-free designs utilizing symmetric exchange interaction, this Letter explores the use of antisymmetric interlayer Dzyaloshinskii–Moriya interaction (i-DMI), which facilitates the emergence of noncollinear chiral spin configurations with wedge deposition. This work reveals a clear oscillatory behavior of the i-DMI strength with varying capping layer thickness, aligning with Bruno’s model. The strong i-DMI and sizable SOT efficiency observed in an optimized CoFeB/Pt(thick)/Co/Pt(thin) heterostructure result in a zero thermal critical switching current density of 1.67 × 1011 A/m2 and a thermal stability factor of 48.7, indicating the potential of such multilayer design for last-level cache memory applications. A counter-deposition method is also proposed to tackle the thickness variation issue caused by wedge deposition, offering a practical solution for implementing this field-free switching method.
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