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基于L10相Mn基二元合金与反铁磁重金属的自旋轨道矩研究
结题报告
批准号:
11774339
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
魏大海
学科分类:
A2007.磁学及自旋电子学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖剑、李利霞、毛思玮、童树成、廖敦渊
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中文摘要
磁随机存储器(MRAM)具有非易失性、速度快、可靠性高等优点,是未来随机存储器的最佳选择。当前基于自旋转移矩效应的STT-MRAM在器件缩小到数十纳米的尺寸时面临着着严峻挑战。一方面,传统磁性材料的难以保证磁化的稳定性;另一方面,写入电流密度过大导致功耗、发热增加。针对这些难题,本项目拟基于新型垂直磁化L10相Mn基二元合金和反铁磁重金属,开展自旋轨道矩(SOT)的研究。具体内容包括:(1)采用分子束外延方法生长具有强垂直磁各向异性的L10相MnAl、MnGa,并对其结构和磁性调控优化;(2)基于MnAl、MnGa和反铁磁重金属设计制备磁隧道结器件;(3)结合反铁磁交换偏置研究无磁场辅助SOT磁化翻转机制。预期通过本项目的实施,探索L10相Mn基二元磁性合金在SOT-MRAM中的应用,实现低电流密度、高翻转速度的SOT磁化翻转,为发展低功耗、高性能的MRAM提供材料基础和物理指导。
英文摘要
Magnetic random-access memory (MRAM) is a non-volatile, high operation speed and high reliability memory technologies for the future RAM. Currently the spin transfer torque based STT-MRAM is facing critical challenges when its device scaled down to tens of nanometers. Firstly, conventional magnetic materials couldn't maintain the stability of the magnetization; Secondly, the larger current density for writing process will increase the power consumption and heat. In order to solve these problems, here we plan to study the spin orbit torque in magnetic tunnel junctions based on the novel L10 phase perpendicular magnetic Mn-based binary alloys and antiferromagnetic heavy metals. We will focus on the following: (1) the MBE growth of the L10 phase MnAl and MnGa with strong perpendicular magnetic anisotropy, and the optimization of their structure and magnetic property. (2) Fabricate magnetic tunnel junction devices with L10 phase MnAl, MnGa and antiferromagnetic heavy metals. (3) Study the mechanism of SOT switching without external magnetic field using the exchange bias of antiferromagnetic heavy metals. Our research will explore the application of L10 phase Mn-based alloys in future SOT-MRAM, provide the new materials and mechanism for developing practical low-power and high-performance MRAM devices.
基于自旋电子学原理的磁随机存储器(MRAM)具有功耗低、速度快等优点,有望引领新一轮信息技术革命。当前MRAM在器件缩小到十纳米的尺寸时面临着着严峻挑战。针对这一难题,本项目基于新型垂直磁化L10相Mn基二元合金和具有磁矩补偿性质的亚铁磁材料,开展自旋轨道矩(SOT)的研究。本项目中,我们:(1)采用分子束外延方法优化制备了垂直磁各向异性的MnAl、MnGa、Co2MnSi及其异质结,探索其磁学及输运性质;(2)研究了Co2MnGa的低温磁阻输运并揭示了三维增强的电子-电子相互作用的主导作用,发现了Co2MnSi/MnGa/Pt体系中非平庸的反常霍尔电阻,报道了MnAl中超快的自旋进动行为;(2)基于MnAl、MnGa和反铁磁重金属设计制备磁隧道结器件,对自旋轨道矩进行表征,实现了自旋轨道矩驱动的磁化翻转;(3)系统性的研究了过渡-稀土亚铁磁合金的自旋输运行为和自旋轨道矩效应,探索了亚铁磁材料中高自旋过道具效率的物理机制。通过本项目的实施,进一步推动了Mn基磁性合金在自旋电子学器件中的应用,并探索了亚铁磁材料丰富的自旋相关效应,为发展低功耗、高性能和高存储密度的MRAM芯片提供了材料基础和物理指导。
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Noncollinear spin state and unusual magnetoresistance in ferrimagnet Co-Gd
亚铁磁体 Co-Gd 中的非共线自旋态和异常磁阻
DOI:10.1103/physrevmaterials.6.014402
发表时间:2022
期刊:Physical Review Materials
影响因子:3.4
作者:Dongdong Chen;Yaohan Xu;Shucheng tong;Wenhui Zheng;Yiming Sun;Jun Lu;Na Lei;Dahai Wei;Jianhua Zhao
通讯作者:Jianhua Zhao
Spin Polarization Compensation in Ferrimagnetic Co1-xTbx/Pt Bilayers Revealed by Spin Hall Magnetoresistance
自旋霍尔磁阻揭示了亚铁磁 Co1–xTbx/Pt 双层中的自旋极化补偿
DOI:10.1103/physrevapplied.14.034064
发表时间:2020
期刊:Physical Review Applied
影响因子:4.6
作者:Xu Yaohan;Chen Dongdong;Tong Shucheng;Chen Huanjian;Qiu Xuepeng;Wei Dahai;Zhao Jianhua
通讯作者:Zhao Jianhua
Antiferromagnet-mediated spin–orbit torque induced magnetization switching in perpendicularly magnetized L10-MnGa
垂直磁化 L1(0)-MnGa 中反铁磁体介导的自旋轨道扭矩引起的磁化翻转
DOI:10.1063/5.0024109
发表时间:2021-03
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:X. Zhao;Siwei Mao;Hailong Wang;Dahai Wei;Jianhua Zhao
通讯作者:Jianhua Zhao
Above Room-Temperature Ferromagnetism in Wafer-Scale Two-Dimensional van der Waals Fe3GeTe2 Tailored by a Topological Insulator
由拓扑绝缘体定制的晶圆级二维范德华 Fe3GeTe2 中的室温以上铁磁性
DOI:10.1021/acsnano.0c03152
发表时间:2020
期刊:ACS Nano
影响因子:17.1
作者:Wang Haiyu;Liu Yingjie;Wu Peichen;Hou Wenjie;Jiang Yuhao;Li Xiaohui;P;ey Ch;an;Chen Dongdong;Yang Qing;Wang Hangtian;Wei Dahai;Lei Na;Kang Wang;Wen Lianggong;Nie Tianxiao;Zhao Weisheng;Wang Kang L.
通讯作者:Wang Kang L.
DOI:10.1103/physrevb.105.024402
发表时间:2022
期刊:Physical Review B
影响因子:3.7
作者:Na Lei;Liu Yang;Dahai Wei;Yuan Tian;Xiaofeng Jin
通讯作者:Xiaofeng Jin
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