Increased efficiency of current-induced chiral domain wall motion by interface engineering

Abstract

Magnetische Rennstreckengeräte sind vielversprechende Kandidaten für Speicher der nächsten Generation. Diese Spintronik-Schieberegistervorrichtungen werden aus rechtwinklig magnetisierten Ferromagnet/Schwermetall-Dünnschichtsystemen gebildet. Die Daten werden in magnetischen Bits der Domänenwand mit einer chiralen Néel-Struktur kodiert, die durch eine Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung stabilisiert und durch Spinströme manipuliert wird, die aus elektrischen Strömen durch die Schwermetallschichten erzeugt werden. Hier zeigt sich eine deutlich gesteigerte Effizienz durch das Einbringen von atomar dünnen 4d- und 5d-Metall-„Dusting“-Schichten an der Grenzfläche zwischen der unteren Magnetschicht der Rennstrecke und Platin. Die größte Effizienz wird beim Bestäuben von nur einer Monoschicht dicken Schichten aus Palladium und Rhodium erzielt, bei denen die Geschwindigkeit der Domänenwand um den Faktor 3,5 erhöht wird. Die Ergebnisse weisen auf die entscheidende Rolle der Schnittstellentechnik für die Entwicklung effizienter Rennstreckenspeicher hin.

Magnetic racetrack devices are promising candidates for next-generation memories. These spintronic shift-register devices are formed from perpendicularly magnetized ferromagnet/heavy metal thin-film systems. Data are encoded in domain wall magnetic bits, with a chiral Néel structure stabilized by an interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction, and manipulated by spin currents generated from electrical currents through the heavy metal layers. Here, significantly increased efficiency is demonstrated by introducing atomically thin 4d and 5d metal “dusting” layers at the interface between the lower magnetic layer of the racetrack and platinum. The greatest efficiency is found for dusting layers of palladium and rhodium, just one monolayer thick, where the domain wall’s velocity is increased by up to a factor of 3.5. The results point to the critical role of interface engineering for the development of efficient racetrack memory devices.