Engineering‐Free Deterministic Spin‐Orbit Torque Switching in Ultrathin Perpendicular Synthetic Antiferromagnets

材料科学 凝聚态物理 磁化 垂直的 自旋电子学 扭矩 反铁磁性 切换时间 联轴节(管道) 微磁学 磁畴壁(磁性) 磁畴 手性(物理) 磁化动力学 自旋(空气动力学) 磁滞 领域(数学) 快速切换 磁场 单一领域 消磁场 磁存储器 磁各向异性 隧道磁电阻 旋转(数学) 磁化反转 超短脉冲 铁磁性 磁滞 磁电阻 对称(几何)
作者
Wang Yao,Meiling Xu,Yadong Liu,Feiyan Hou,Tao Li,Tai Min
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.77784
摘要

ABSTRACT Spin‐orbit torque (SOT) offers a promising route for energy‐efficient magnetization manipulation in low‐power spintronic devices. Synthetic antiferromagnet (SAF) structure, in particular, enhances device performance through ultrafast magnetization switching and magnetic stray‐field resilience. However, achieving deterministic SOT switching in perpendicularly magnetized SAFs typically requires an additional in‐plane magnetic field or structural engineering to break inversion symmetry, which complicates their practical implementation. Here, we demonstrate field‐free deterministic SOT switching in ultra‐thin perpendicular SAFs operating at room temperature, designed with a symmetric CoFeB (0.6 nm)/W/CoFeB (0.6 nm) structure. This switching occurs only under antiferromagnetic coupling conditions between the two CoFeB layers, and the switching chirality can be tuned via the spacer layer thickness and temperature. Micromagnetic modeling reveals that symmetry breaking arises intrinsically from the interplay between Ruderman‐Kittel‐Kasuya‐Yosida and Dzyaloshinskii‐Moriya interactions, which stabilize the asymmetric Néel‐Bloch mixed domain walls of both CoFeB layers. These domain walls manifest as dynamic spin textures with a net chiral driving force, enabling deterministic magnetization switching without the need for external fields or engineered structural asymmetry. Our findings provide a streamlined path toward practical applications of ultrathin SAFs in structurally simplified, fabrication‐friendly SOT memory and logic devices.
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