Current-driven spin-orbit-torque phenomena in perpendicularly magnetized heavy metal|ferromagnet|insulator multilayer structures
Yüzeye dik manyetize olmuş ağır metal|ferromanyetik|yalıtkan katmanlı yapılardaki akım sürümlü Spin-Yörünge Torku olayı
- Tez No: 444687
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET EKİCİBİL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 284
Özet
Bu tezde, manyetik tünel eklemlerin serbest bölgesini optimize etmek için yüzeye dik olarak manyetize olmuş ağır-metal|ferromanyetik|yalıtkan katmanlı yapılarında akım sürümlü Spin-Yörünge Torku (SOT) olayı sistematik olarak çalışıldı. İlk olarak, ağır metal katman kalınlığının böylesi bir yapının yapısal, manyetik, taşıyıcı ve spintronik özellikleri üzerine etkisi çalışıldı. Sönümlü (DL)-SOT'da ağır metal katmanın kalınlığına bağlı, tek düze olmayan bir davranış bulundu. DL-SOT'un yönünün katmanlı yapıdaki Hf katman kalınlığının artması ile değiştiği gözlemlendi. İkinci olarak, yalıtkan katmanın Hf|CoFeB|MgO ve Hf|CoFeB|TaOx katmanlı yapılarındaki manyetik, taşıyıcı ve spintronik özelliklere etkisi çalışıldı. DL ve Alan-Türü (FL)-SOT 'larının her ikisinin de MgO ile kaplanmış yapıda TaOx ile kaplanmış yapıdakinden önemli ölçüde daha güçlü olduğu bulunmuştur. Farklı yapılardaki farklı FL ve DL SOT'lardaki fark, yalıtkan|ferromanyetik ara yüzeylerindeki elektriksel potansiyel farklılıklardan ortaya çıkan farklı Rashba-türü Hamiltonian'lara atfedilebilir. Son olarak, dış manyetik alan olmadan katmanlı yapıdaki manyetizasyonu kontrol edebilmek için yapının simetrisi üzerine mühendislik çalışması gerçekleştirildi. Kama şeklinde büyütülmüş ferromanyetik CoFeB katmandan dolayı çalışılan yapılarda yüzeye dik etkin manyetik alan üretilen alan türü spin-yörünge torku ile film düzleminde simetri bozukluluğu oluşturmaktadır. Özellikle, akım-sürümlü dik manyetizasyon kontrolü Hf|CoFeB|MgO yapısında sıfır alanda gözlenirken, Hf|CoFeB|TaOx yapısındaki CoFeB katmanın kontrolü için bir dış manyetik alan gerekmektedir. Deneysel sonuçlarımıza göre, Hf|CoFeB|MgO yapısındaki SOT büyüklüğünün Hf|CoFeB|TaOx yapısındakine kıyasla 13 kat daha büyük olduğu bulunmuştur. CoFeB kalınlığına bağlı manyetizasyon değişim davranışı ve düzlemsel akıma bağlı olarak sonuçlanan etkin manyetik alan da bu çalışmada araştırıldı. Bu çalışmadaki bulgular akım sürümlü manyetizasyon kontrol verimliliğini güçlendiren SOT aygıtlarında kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we have systematically studied on the current-driven Spin-Orbit-Torque (SOT) phenomena in perpendicularly magnetized heavy-metal|ferromagnet|insulator multilayer structures to optimize the free-part of the magnetic tunnel junction. Firstly, we worked on the effect of heavy-metal layer thickness on the structural, magnetic, transport and spintronics properties in such a structure. A non-monotonic behavior in the Damping-Like (DL)-SOT is found as a function of the thickness of the heavy-metal layer. It is observed that the sign of the DL-SOT changes with increasing the thickness of the Hf layer in the multilayer structure. Secondly, we worked on the effect of oxide layer on magnetic, transport and spintronics properties in Hf|CoFeB|MgO and Hf|CoFeB|TaOx multilayer structures. Both DL and Field-Like (FL)-torques are found to be significantly stronger in MgO-capped structures than those in TaOx-capped structures. The difference in FL and DL SOTs in different structures may be attributed to the different Rashba-like Hamiltonian, arising from the difference in the electric potential profiles across the oxide|ferromagnet interfaces in the two cases. Finally, we worked on the engineering of structural asymmetry in multilayer structures to switch the magnetization without external field. The studied structures exhibit broken in-plane inversion symmetry due to a wedged CoFeB layer, resulting in a field-like spin-orbit torque, which can be quantified by a perpendicular effective magnetic field. In particular, while the current-driven deterministic perpendicular magnetic switching was observed at zero magnetic field in Hf|CoFeB|MgO, an external magnetic field is necessary to switch the CoFeB layer deterministically in Hf|CoFeB|TaOx. Based on the experimental results, the SOT magnitude in Hf|CoFeB|MgO was found to be almost 13× larger than that in Hf|CoFeTaOx. The CoFeB thickness dependence of the magnetic switching behavior, and the resulting effective magnetic field by in-plane currents are also investigated in this work. These findings could potentially be used to engineer SOT devices with enhanced current-driven switching efficiency.
Benzer Tezler
- Design, modelling and control of a reaction wheel actuated system
Reaksiyon tekeri ile kontrol edilen bir sistemin tasarımı modellenmesi ve kontrolü
RAHMAN BİTİRGEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- LaPtSi kristal yapıya sahip bazı malzemelerin fiziksel özelliklerinin teorik olarak incelenmesi
Theoretical investigation of the physical properties of some materials crystallized in LaPtSi structure
TALHA ZAFER
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN MURAT TÜTÜNCÜ
- Micromagnetic modeling and demonstration of wide bandwidth and ultralow power skyrmion-based spintronic devices and circuits
Geniş bantlı ve ultradüşük güç tüketen skyrmion temelli spintronik aygıt ve devrelerin mikromanyetik modellenmesi ve ispatlanması
ARASH MOUSAVI CHEGHABOURI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. MEHMET CENGİZ ONBAŞLI
- Current-driven generation and stabilization of magnetic skyrmions
Manyetik skyrmionların akım-sürümlü üretimi ve stabilizasyonu
CANER DEĞER
Doktora
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLHAN YAVUZ
DOÇ. DR. FİKRET YILDIZ
- Chiral and linear spin structures in 2D nanostructured magnonics
2B nanoyapılı magnonik devrelerde kiral ve doğrusal spin yapıları
RAVANA YAĞAN
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET CENGİZ ONBAŞLI