Evolution of Compensated Magnetism and Spin-Torque Switching in Ferrimagnetic Fe1−xTbx

铁磁性 自旋电子学 磁性 凝聚态物理 反铁磁性 自旋(空气动力学) 联轴节(管道) 磁化 材料科学 磁强计 铁磁性 物理 磁场 热力学 量子力学 冶金
作者
Teng Xu,Yang Cheng,Yiqing Dong,Hao Bai,Hengan Zhou,Xinyu Shu,Pierluigi Gargiani,Manuel Valvidares,Pu Yu,Wanjun Jiang
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:19 (3) 被引量:14
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.19.034088
摘要

Compensated ferrimagnets (FIMs) made of rare-earth transition-metal compounds have stimulated increasing interest for enabling fast spin dynamics. Taking $\mathrm{Fe}$-$\mathrm{Tb}$ compounds as an example, substantial efforts have been made on the study of compensated magnetism and its potential spintronic applications. Current-induced spin-orbit torque (SOT) switching and its evolution with compensated ferrimagnetism in these compounds, however, remain to be systematically explored, which motivates the present study. By combining magnetometry and anomalous Hall effect measurements, a compositional magnetization compensation point (${x}_{c}$ = 0.25) is determined for ${\mathrm{Fe}}_{1\ensuremath{-}x}{\mathrm{Tb}}_{x}$ films of a fixed thickness of 6.5 nm. The antiferromagnetic coupling between $\mathrm{Fe}$ and $\mathrm{Tb}$ sublattices is directly revealed by conducting element-specific x-ray magnetic circular dichroism measurements. The evolution of SOT switching as a function of $\mathrm{Tb}$ concentration (x) in $\mathrm{Pt}/{\mathrm{Fe}}_{1\ensuremath{-}x}{\mathrm{Tb}}_{x}/\mathrm{Ta}$ multilayers is subsequently investigated. An enhanced SOT efficiency (approximately 3 times) is obtained at ${x}_{c}$ = 0.25. By conducting an endurance test, reliable SOT switching is revealed for over ${10}^{4}$ cycles. Our work suggests that compensated FIMs of composition ${\mathrm{Fe}}_{1\ensuremath{-}x}{\mathrm{Tb}}_{x}$ could be implemented for realizing efficient and stable spin-orbitronic performances.
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