20、自旋轨道扭矩与磁振子逻辑器件的应用与挑战

自旋轨道扭矩与磁振子逻辑器件的应用与挑战

1. 自旋轨道扭矩的应用

自旋轨道扭矩（Spin Orbit Torque）在磁性材料中引发的磁化翻转和磁畴壁运动是当前磁学与自旋电子学领域的研究热点，因其蕴含丰富的物理现象以及在低能耗存储和逻辑应用方面的巨大潜力。

1.1 存储应用

• STT - MRAM ：自旋轨道扭矩驱动的多层体系中的磁化翻转可用于自旋转移扭矩磁随机存取存储器（STT - MRAM）。通过利用重金属/自由层界面来切换自由层的磁化方向，能够将读写过程分离，降低功耗，同时减少隧道结击穿的风险。例如，Liu等人利用自旋轨道扭矩在无磁场条件下实现了磁性隧道结中面内极化磁体的切换，但对于STT - MRAM应用，垂直极化磁体更受青睐。近期，Yu等人和You等人分别通过不同方法实现了无外部偏置磁场下垂直极化磁体的切换。
• 赛道存储器 ：自旋轨道扭矩能在磁性纳米线中高效驱动磁畴壁运动，可用于低功耗的赛道存储器。在赛道存储器中，电流用于推动磁畴壁沿着磁性纳米线移动。

存储应用类型	原理	优势
STT - MRAM	利用重金属/自由层界面切换自由层磁化方向	读写分离，降低功耗，减少隧道结击穿风险
赛道存储器