利用电压控制的磁各向异性的高速畴壁传播

使用电压控制的磁各向异性(VCMA)通孔倾斜电场的产生被称为领域墙(DW)传播的节能方法。然而，该方法受到DW可以传播的纳米线长度的限制。在这里，我们提出使用多路复用栅电极在磁纳米线上传播DW而没有任何长度限制。使用微磁模拟来演示多栅电极配置。这允许可控电压施加到相邻栅电极，沿纳米线产生大的磁各向异性梯度强度，结果表明可以实现高于300m / s的DW速度。对传播过程中DW动态的分析表明，DW的倾斜和倾斜栅极电极的方向极大地改变了稳态DW传播。我们的研究结果表明，人字形栅极电极是一种有效的优化方法，可以实现高速多DW传播。此外，重复的一系列高 - 中 - 低磁各向异性区域使得能够进行确定的VCMA控制的高速DW传播。

畴壁(DW)存储器已经研究多年，因为它具有成为快速和非易失性存储器件的潜力，这是由于磁化动力学，磁剩磁和高热稳定性的纳秒时间尺度1。以往，自旋扭矩技术用于传播个DW，如自旋转移力矩和自旋轨道扭矩1，2，3，4。这些技术通常导致DW的随机运动，因为它由存在于材料中的随机分散的固有钉扎点固定。为了实现确定性钉扎，几何槽口和磁特性的改变已被用来创建用作钉扎部位的能量壁垒1，5，6，7，8。然而，DW需要更高的激发能量才能脱离。电场控制，还提出通过局部改变材料的磁各向异性到管脚个DW9，10。该技术降低了能量消耗，因为当DW需要再次移动时可以关闭钉扎点。

自旋扭矩技术需要高电流密度，这固有地导致电阻损失，导致焦耳加热。规避功率损耗和防止焦耳加热，电场控制的方法可用于操纵磁装置的特性由于其高效节能性质11，12，13。电压控制的磁各向异性(VCMA)是已被证明减少在MTJ器件的开关所需要的电流密度电场控制的形式14，15。对于DW设备，DW的能量可以表示为σ，其中σα甲ķü----√undefined。这里，A表示交换刚度参数，Ku表示磁各向异性能量。因此，通过VCMA降低磁性材料的Ku可以减少DW能量。VCMA效应也已经通过实验实现，以帮助DW在蠕变状态12中传播。

可以使用磁能纳米线(NW)的DW能量和Ku来描述在x方向上施加在DW上的力，F(x)=-(∂σ/∂ķü)⋅(∂ķü/∂x)undefined。因此，沿着x方向的x方向上的磁各向异性梯度(dķü/dXundefined)将对DW施加影响。通过使用如图1(a)(i)所示的楔形绝缘体，可以产生倾斜的电场，从而产生dķü/dXundefined其可用于繁殖或辅助的DW传播1，9，16，17，18，19，20，21，22，23，24。然而，这种楔形结构对于较长的NW不能很好地扩展，因为加长的NW将导致NW端部处的绝缘体越来越厚或越薄。在具有较薄绝缘层的末端，强电场可能导致绝缘层的介电击穿。此外，最近在MTJ中报道，VCMA系数在低电场时仅为线性，但在较高电场时饱和。25，26。这对于倾斜的VCMA DW存储器设备的NW长度构成限制。

(a)(i)用于传播DW的倾斜绝缘体的示意图。(a)(ii)用于传播DW的倾斜栅电极的建议示意结构。磁NW的宽度为64nm，厚度为1nm。(b)实线表示的初始平均ķü在ÿ轴。虚线表示驱动由绿色垂直线表示的DW的平均值Ku。顶部和底部插图分别表示初始和驱动阶段的NW的Ku。黄色突出显示的区域表示斜率的渐变，其中线性拟合给出dķü/dXundefined传播DW。(c)将各种GW作为NW宽度的百分比进行比较，其中NW宽度的30/50 / 70%等于GW为20/32/44 nm。各向异性变化+ 20kJ / m3和-20kJ / m3分别应用于高和低各向异性区域，以说明横跨NW长度的Ku依赖性。

在这项工作中，我们展示了一种节能的DW传播技术，其中adķü/dXundefined沿着NW使用重复的一系列栅电极产生。三个栅电极可以产生局部高 - 中 - 低Ku区域，其可以用于在任何长度的NW上以高速度传播具有确定性位移的DW。分析了由于使用栅电极操纵Ku引起的DW动态，导致优化的DW传播技术。该结果为使用VCMA的高速且精确的DW存储器件提供了有希望的途径。