Voltage-Controlled Dzyaloshinskii-Moriya Interaction Torque Switching of Perpendicular Magnetization

自旋电子学 磁化 凝聚态物理 扭矩 铁磁性 物理 空中骑兵 材料科学 磁场 量子力学
作者
Dongxing Yu,Yonglong Ga,Jinghua Liang,Chenglong Jia,Hongxin Yang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:130 (5): 056701-056701 被引量:44
标识
DOI:10.1103/physrevlett.130.056701
摘要

Magnetization switching is the most important operation in spintronic devices. In modern nonvolatile magnetic random-access memory (MRAM), it is usually realized by spin-transfer torque (STT) or spin-orbit torque (SOT). However, both STT and SOT MRAM require current to drive magnetization switching, which will cause Joule heating. Here, we report an alternative mechanism, Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) torque, that can realize magnetization switching fully controlled by voltage pulses. We find that a consequential voltage-controlled reversal of DMI chirality in multiferroics can lead to continued expansion of a skyrmion thanks to the DMI torque. Enough DMI torque will eventually make the skyrmion burst into a quasiuniform ferromagnetic state with reversed magnetization, thus realizing the switching of a perpendicular magnet. The discovery is demonstrated in two-dimensional multiferroics, CuCrP_{2}Se_{6} and CrN, using first-principles calculations and micromagnetic simulations. As an example, we applied the DMI torque for simulating leaky-integrate-fire functionality of biological neurons. Our discovery of DMI torque switching of perpendicular magnetization provides tremendous potential toward magnetic-field-free and current-free spintronic devices, and neuromorphic computing as well.
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