超薄膜エピタキシャル磁気絶縁体における垂直磁化のフィールドフリースイッチング

エネルギー効率の高い磁気記憶の場合、スピン軌道トルク（SOT）による垂直磁化の切り替えは有望なソリューションのようです。このソットスイッチングには、対称性を破るために面内磁場の支援が必要です。ここでは、垂直に磁化されたスリウム鉄ガーネット（TM3FE5O12、TMIG）のフィールドフリーソットスイッチングを示します。スイッチングループの極性は、時計回りまたは反時計回りに、磁場の方向によって極性が制御されるフィールドアシストスイッチングとは対照的に、初期電流パルスの方向によって決定されます。ブリルアン光散乱から、PT-TMIGインターフェイスによって誘導されるdzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）を決定しました。フィールドフリースイッチングの可能性のある起源と、TMIGの界面DMIおよび立方磁性異方性の役割について説明します。この議論は、磁気輸出、KERR顕微鏡、および微小磁気シミュレーションによって実証されています。磁気絶縁体のフィールドフリーの電気スイッチングの観察は、低電力スピトロニックデバイスにとって重要なマイルストーンです。

For energy-efficient magnetic memories, switching of perpendicular magnetization by spin-orbit torque (SOT) appears to be a promising solution. This SOT switching requires the assistance of an in-plane magnetic field to break the symmetry. Here, we demonstrate the field-free SOT switching of a perpendicularly magnetized thulium iron garnet (Tm3Fe5O12, TmIG). The polarity of the switching loops, clockwise or counterclockwise, is determined by the direction of the initial current pulses, in contrast with field-assisted switching where the polarity is controlled by the direction of the magnetic field. From Brillouin light scattering, we determined the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) induced by the Pt-TmIG interface. We will discuss the possible origins of field-free switching and the roles of the interfacial DMI and cubic magnetic anisotropy of TmIG. This discussion is substantiated by magnetotransport, Kerr microscopy, and micromagnetic simulations. Our observation of field-free electrical switching of a magnetic insulator is an important milestone for low-power spintronic devices.