致真精密仪器助力北航自旋芯片团队为磁存储器器件性能优化指出新方向

近日,致真精密仪器助力北航自旋芯片团队在磁存储器器件性能优化方面取得新的进展。基于三维磁场调控和时间分辨的电学测量技术,研究发现在自旋轨道矩驱动磁存储器件数据写入的过程中,类场矩的大小和方向对写入功耗和速度具有显著的影响。该项工作阐明了自旋轨道矩磁隧道结磁化翻转的物理机制,为下一代磁存储器件的优化指出了新的方向,研究成果近期发表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy。

自旋轨道矩磁随机存储器(Spin-Orbit Torque Magnetic Random Access Memory, SOT-MRAM)由于具有写入速度快、功耗低、耐久度高和非易失性等优点,引起了学术界和工业界的广泛关注与研究。作为器件应用的关键物理机理,自旋轨道矩驱动磁化翻转的机制仍不够明晰,现有的研究往往聚焦在自旋轨道效应产生的类阻尼矩(Damping-like Torque,DLT)这一项上,而类场矩(Field-like Torque,FLT)在磁化翻转中的作用至今仍没有明确的定论。揭示类场矩在磁化翻转中的作用机制,进而探究通过调控类场矩实现器件性能优化的方法是当前亟需解决的关键问题。

图1 自旋轨道矩驱动磁化翻转的基本物理图像以及实验设置

近日,SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy(SCPMA,《中国科学:物理学 力学 天文学》英文版)2022年第10期报道了北京航空航天大学集成电路科学与工程学院赵巍胜教授、史可文副教授团队的一项研究成果,利用三维磁场调控技术和时间分辨的超快电学测量手段,调控自旋轨道矩磁隧道结中等效类场矩的大小,发现类场矩对磁化翻转的影响取决于其等效场与自旋极化σ的相对方向,等效场与自旋极化方向反平行的类场矩能够显著提升器件写入速度、降低功耗,并进一步建立了更完善的自旋轨道矩驱动磁化翻转的物理模型,为磁存储器器件性能优化指出了新的方向。值得一提的是,致真精密仪器(青岛)有限公司研制的三维磁场探针台及MRAM综合表征系统,为该项研究工作提供了全国产科研仪器及技术支持方案。

致真精密仪器推出了适用于各种场合的磁场探针台,包括一维面内磁场探针台、一维垂直磁场探针台、二维(面内+垂直)磁场探针台、半自动晶圆级(4-12寸均可)磁场探针台、全自动晶圆级磁场探针台等。可提供自旋电子学测试的全套方案:自主开发的软件,可方便进行二次谐波、ST-FMR、各类磁电阻曲线的方便快捷测量。致真精密仪器的系列产品已经应用于清华大学,中科院等顶尖科研机构,并多次助力科研工作者取得高水平科研成果。

现为各位老师提供免费测试服务,有“磁畴测试”、“SOT磁畴反转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”等相关测试需求的老师,可以随时与我们联系。

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Y. Zhuo, W. Cai, D. Zhu, H. Zhang, A. Du, K. Cao, J. Yin, Y. Huang, K. Shi, and W. Zhao, Mechanism of field-like torque in spin-orbit torque switching of perpendicular magnetic tunnel junction, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 65, 107511 (2022), https://doi.org/10.1007/s11433-022-1975-4

图/文/排版:朱凯琳