Efficient Generation of Out‐of‐Plane Polarized Spin Current in Polycrystalline Heavy Metal Devices with Broken Electric Symmetries

凝聚态物理 旋转 磁化 材料科学 电场 自旋(空气动力学) 磁场 物理 量子力学 热力学
作者
Qianbiao Liu,Xin Lin,Ariel Shaked,Zhuyang Nie,Guoqiang Yu,Lijun Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (40): e2406552-e2406552 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adma.202406552
摘要

Spin currents of perpendicularly polarized spins (z spins) have received blooming interest for the potential in energy-efficient spin-orbit torque switching of perpendicular magnetization in the absence of a magnetic field. However, generation of z spins is limited mainly to magnetically or crystallographically low-symmetry single crystals that are hardly compatible with the integration to semiconductor circuits. This work reports efficient generation of z spins in sputter-deposited polycrystalline heavy metal devices via a new mechanism of broken electric symmetries in both the transverse and perpendicular directions. Both the damping-like and field-like spin-orbit torques of z spins can be tuned significantly by varying the degree of the electric asymmetries via the length, width, and thickness of devices as well as by varying the type of the heavy metals. The presence of z spins also enables deterministic, nearly-full, external-magnetic-field-free switching of a uniform perpendicularly magnetized FeCoB layer, the core structure of magnetic tunnel junctions, with high coercivity at a low current density. These results establish the first universal, energy-efficient, integration-friendly approach to generate z-spin current by electric asymmetry design for dense and low-power spin-torque memory and computing technologies and will stimulate investigation of z-spin currents in various polycrystalline materials.
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