Estudo da densidade de corrente crítica para reversão da magnetização de nanoelementos ferromagnéticos

The discovery that a spin-polarized current is capable of exerting a torque in a ferromagnetic material, through spin transfer, might provide the development of new technological devices that store information via the direction of magnetization. The reduction of current density to revert the magnetization is a primary issue to potential applications on non volatile random access memories (MRAM). We report a theorical study of the dipolar and shape effects on the critical current density for reversal of magnetization, via spin transfer torque (STT), on ferromagnetic nanoelements. The nanostructured system consists on a reference layer, in which the current will be spin-polarized, and a free layer of magnetization reversal. We observed considerable changes on the critical current density as a function of the element’s reversion layer thickness (t = 1.0 nm, 1.5 nm, 2.0 nm e 2.5 nm) and geometry (circular and elliptical), the material kind of the system free layer (Iron and Permalloy) and according to the orientation of the magnetization and the spin polarization with the major axis. We show that the critical current density may be reduced about 50% by reducing the Fe free layer thickness and around 75% when we change the saturation magnetization of circular nanoelements with 2.5 nm of thickness. We still observed a reduction as much as 90% on the current density of reversion for thin nanoelements magnetized along the minor axis direction, using in-plane spin polarization parallel to the magnetization.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

A descoberta de que uma corrente elétrica é capaz de exercer um torque em um material ferromagnético, através da transferência de momento angular de spin, pode proporcionar o desenvolvimento de novos dispositivos tecnológicos que armazenam informação a partir da direção da magnetização. A redução da densidade de corrente para reversão da magnetização é primordial para potenciais aplicações em células de memórias magnéticas de acesso aleató- rio não voláteis (MRAM). Apresentamos uma investigação teórica dos efeitos de forma e do campo de dipolar na densidade de corrente crítica para reversão da magnetização, via torque por transferência de spin (STT), em nanoelementos ferromagnéticos. O sistema nanoestruturado consiste em uma camada de referência, na qual a corrente será polarizada em spin, e uma camada livre de reversão da magnetização. Observamos consideráveis variações na densidade de corrente crítica em função da espessura da camada de reversÃco ( ˇ t = 1.0 nm, 1.5 nm, 2.0 nm e 2.5 nm) e da geometria do nanoelemento (circular e elíptico), do tipo de material que compõe a camada livre do sistema (Ferro e Permalloy) e de acordo com a orientação da magnetização e da polarização em spin com o eixo maior. Mostramos que a densidade de corrente crítica pode ser reduzida em cerca de 50% diminuindo a espessura da camada livre de Fe e em 75% ao modificar a magnetização de saturação de nanoelementos circulares com 2.5 nm de espessura. Observamos, ainda, uma redução de até 90% na densidade de corrente de reversão para nanoelementos ultrafinos magnetizados ao longo da direção do eixo menor, usando a polarização no plano paralela à magnetização.