Macrospin modeling of sub-ns pulse switching of perpendicularly magnetized free layer via spin-orbit torques for cryogenic memory applications

Applied Physics Letters

Volumn 105, Issue 10, 2014, Pages

  Park, Junbo ^a   Rowlands, G E ^a   Lee, O J ^a   Ralph, D C ^a,b   Buhrman, R A ^a  

^a Cornell University ^*  (United States)

^b School of Operations Research and Industrial Engineering   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

FREE LAYERS; MEMORY APPLICATIONS; PULSE SWITCHING; SPIN ORBITS;

EID: 84907021040     PISSN: 00036951     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.4895581     Document Type: Article

References (41)

1. I. M. Miron, G. Gaudin, S. Auffret, B. Rodmacq, A. Schuhl, S. Pizzini, J. Vogel, and P. Gambardella, "Current-driven spin torque induced by the Rashba effect in a ferromagnetic metal layer" Nat. Mater. 9, 230 (2010). 10.1038/nmat2613
2. I. M. Miron, T. Moore, H. Szambolics, L. D. Buda-Prejbeanu, S. Auffret, B. Rodmacq, S. Pizzini, J. Vogel, M. Bonfim, A. Schuhl, and G. Gaudin, Nat. Mater. 10, 419 (2011). 10.1038/nmat3020
3. S. Emori, U. Bauer, S. Ahn, E. Martinez, and G. S. D. Beach, Nat. Mater. 12, 611 (2013). 10.1038/nmat3675
4. K.-S. Ryu, L. Thomas, S.-H. Yang, and S. Parkin, Nat. Nanotechnol. 8, 527 (2013). 10.1038/nnano.2013.102
5. L. Liu, C.-F. Pai, Y. Li, H. W. Tseng, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Science 336, 555 (2012). 10.1126/science.1218197
6. C.-F. Pai, L. Liu, Y. Li, H. W. Tseng, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Appl. Phys. Lett. 101, 122404 (2012). 10.1063/1.4753947
7. M. Yamanouchi, L. Chen, J. Kim, M. Hayashi, H. Sato, S. Fukami, S. Ikeda, F. Matsukura, and H. Ohno, Appl. Phys. Lett. 102, 212408 (2013). 10.1063/1.4808033
8. I. M. Miron, K. Garello, G. Gaudin, P.-J. Zermatten, M. V Costache, S. Auffret, S. Bandiera, B. Rodmacq, A. Schuhl, and P. Gambardella, Nature 476, 189 (2011). 10.1038/nature10309
9. L. Liu, O. Lee, T. Gudmundsen, D. Ralph, and R. Buhrman, Phys. Rev. Lett. 109, 096602 (2012). 10.1103/PhysRevLett.109.096602
10. M. Cubukcu, O. Boulle, M. Drouard, K. Garello, I. M. Miron, J. Langer, B. Ocker, P. Gambardella, and G. Gaudin, Appl. Phys. Lett. 104, 042406 (2014). 10.1063/1.4863407
11. D. S. Holmes, A. L. Ripple, and M. A. Manheimer, IEEE Trans. Appl. Supercond. 23, 1701610 (2013). 10.1109/TASC.2013.2244634
12. J. Z. Sun, Phys. Rev. B 62, 570 (2000). 10.1103/PhysRevB.62.570
13. R. H. Koch, J. A. Katine, and J. Z. Sun, Phys. Rev. Lett. 92, 088302 (2004). 10.1103/PhysRevLett.92.088302
14. J. Z. Sun, R. P. Robertazzi, J. Nowak, P. L. Trouilloud, G. Hu, D. W. Abraham, M. C. Gaidis, S. L. Brown, E. J. O'Sullivan, W. J. Gallagher, and D. C. Worledge, Phys. Rev. B 84, 064413 (2011). 10.1103/PhysRevB.84.064413
15. A. D. Kent, B. Ozyilmaz, and E. del Barco, Appl. Phys. Lett. 84, 3897 (2004). 10.1063/1.1739271
16. O. J. Lee, L. Q. Liu, C.-F. Pai, Y. Li, H. W. Tseng, P. G. Gowtham, J. Park, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Phys. Rev. B 89, 024418 (2014). 10.1103/PhysRevB.89.024418
17. K. Garello, C. O. Avci, I. M. Miron, O. Boulle, S. Auffret, P. Gambardella, and G. Gaudin, "Ultrafast magnetization switching by spin-orbit torques." e-print arXiv:1310.5586.
18. C. Papusoi, B. Delaet, B. Rodmacq, D. Houssameddine, J.-P. Michel, U. Ebels, R. C. Sousa, L. Buda-Prejbeanu, B. Dieny, and B. Delaeüt, Appl. Phys. Lett. 95, 072506 (2009). 10.1063/1.3206919
19. H. Liu, D. Bedau, D. Backes, J. A. Katine, J. Langer, and A. D. Kent, Appl. Phys. Lett. 97, 242510 (2010). 10.1063/1.3527962
20. O. J. Lee, V. S. Pribiag, P. M. Braganca, P. G. Gowtham, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Appl. Phys. Lett. 95, 012506 (2009). 10.1063/1.3176938
21. O. J. Lee, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Appl. Phys. Lett. 99, 102507 (2011). 10.1063/1.3635782
22. X. Fan, J. Wu, Y. Chen, M. J. Jerry, H. Zhang, and J. Q. Xiao, Nat. Commun. 4, 1799 (2013). 10.1038/ncomms2709
23. T. D. Skinner, M. Wang, A. T. Hindmarch, A. W. Rushforth, A. C. Irvine, D. Heiss, H. Kurebayashi, and A. J. Ferguson, Appl. Phys. Lett. 104, 062401 (2014). 10.1063/1.4864399
24. J. Kim, J. Sinha, M. Hayashi, M. Yamanouchi, S. Fukami, T. Suzuki, S. Mitani, and H. Ohno, Nat. Mater. 12, 1 (2012). 10.1038/nmat3522
25. K. Garello, I. M. Miron, C. O. Avci, F. Freimuth, Y. Mokrousov, S. Blügel, S. Auffret, O. Boulle, G. Gaudin, and P. Gambardella, Nat. Nanotechnol. 8, 587 (2013). 10.1038/nnano.2013.145
26. C.-F. Pai, M.-H. Nguyen, C. Belvin, L. H. Vilela-Leão, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Appl. Phys. Lett. 104, 082407 (2014). 10.1063/1.4866965
27. Y. Tserkovnyak, A. Brataas, G. E. W. Bauer, and B. I. Halperin, Rev. Mod. Phys. 77, 1375 (2005). 10.1103/RevModPhys.77.1375
28. C. T. Boone, H. T. Nembach, J. M. Shaw, and T. J. Silva, J. Appl. Phys. 113, 153906 (2013). 10.1063/1.4801799
29. S. G. Reidy, L. Cheng, and W. E. Bailey, Appl. Phys. Lett. 82, 1254 (2003). 10.1063/1.1544642
30. S. E. Russek, P. Kabos, R. D. McMichael, C. G. Lee, W. E. Bailey, R. Ewasko, and S. C. Sanders, J. Appl. Phys. 91, 8659 (2002). 10.1063/1.1452708
31. T. Kato, K. Nakazawa, R. Komiya, N. Nishizawa, S. Tsunashima, and S. Iwata, IEEE Trans. Magn. 44, 3380 (2008). 10.1109/TMAG.2008.2001679
32. M. Binder, A. Weber, O. Mosendz, G. Woltersdorf, M. Izquierdo, I. Neudecker, J. Dahn, T. Hatchard, J.-U. Thiele, C. Back, and M. Scheinfein, Phys. Rev. B 74, 134404 (2006). 10.1103/PhysRevB.74.134404
33. G. Malinowski, K. C. Kuiper, R. Lavrijsen, H. J. M. Swagten, and B. Koopmans, Appl. Phys. Lett. 94, 102501 (2009). 10.1063/1.3093816
34. K.-S. Lee, S.-W. Lee, B. Min, and K.-J. Lee, Appl. Phys. Lett. 102, 112410 (2013). 10.1063/1.4798288
35. W. F. Brown, Phys. Rev. 130, 1677 (1963). 10.1103/PhysRev.130.1677
36. G. Bertotti, I. D. Mayergoyz, and C. Serpico, Nonlinear Magnetization Dynamics in Nanosystems (Elsevier, 2009).
37. J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, M. Hayashi, S. Takahashi, S. Maekawa, M. Yamanouchi, and H. Ohno, Phys. Rev. B 89, 174424 (2014). 10.1103/PhysRevB.89.174424
38. G. E. Rowlands, Y.-X. Ou, J. Park, and C.-F. Pai, "Temperature dependence of effective fields in spin-orbit metal/ferromagnet bilayer system" (unpublished).
39. H. L. Wang, C. H. Du, Y. Pu, R. Adur, P. C. Hammel, and F. Y. Yang, Phys. Rev. Lett. 112, 197201 (2014). 10.1103/PhysRevLett.112.197201
40. L. Liu, T. Moriyama, D. C. Ralph, and R. A. Buhrman, Phys. Rev. Lett. 106, 036601 (2011). 10.1103/PhysRevLett.106.036601
41. M. Obstbaum, M. Hartinger, H. G. Bauer, T. Meier, F. Swientek, C. H. Back, and G. Woltersdorf, Phys. Rev. B 89, 060407 (2014).