Giant Spin–Orbit Torque in Antiferromagnetic-Coupled Pt/[Co/Gd]N Multilayers with Suppressed Spin Dephasing and Robust Thermal Stability

去相 材料科学 反铁磁性 凝聚态物理 自旋(空气动力学) 热稳定性 热的 扭矩 物理 热力学 量子力学
作者
Zhicheng Xie,Yumin Yang,Bingyu Chen,Zhiyuan Zhao,Hongrui Qin,Hongli Sun,Na Lei,Jianhua Zhao,Dahai Wei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (21): 27944-27951 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04273
摘要

Manipulating magnetization via power-efficient spin–orbit torque (SOT) has garnered significant attention in the field of spin-based memory and logic devices. However, the damping-like SOT efficiency (ξDL) in heavy metal (HM)/ferromagnetic metal (FM) bilayers is relatively small due to the strong spin dephasing accompanied by additional spin polarization decay. Furthermore, the perpendicular magnetic anisotropy (PMA) originating from the HM/FM interface is constrained by the thickness of FM, which is unfavorable for thermal stability in practical applications. Consequently, it is valuable to develop systems that not only exhibit large ξDL but also balance thermal stability. In this work, we designed antiferromagnetic-coupled [Co/Gd]N multilayers, where staggered Co and Gd magnetic moments effectively suppress the spin dephasing and additional spin polarization decay. The ordered Co–Gd arrangements along the out-of-plane direction provide bulk PMA, endowing Pt/[Co/Gd]N high thermal stability. The SOT of Pt/[Co/Gd]N was systematically studied with N, demonstrating a significantly large ξDL of up to 0.66. The ξDL of Pt/[Co/Gd]N is greater than those of Pt/Co and Pt/ferrimagnetic alloys. This significant enhancement relies on the effective suppression of spin dephasing in [Co/Gd]N. Our work highlights that the antiferromagnetic-coupled [Co/Gd]N multilayer is a promising candidate for low-consumption and high-density spintronic devices.
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