Spin-orbit torques induced by spin Hall and interfacial effects in heavy metal/ferromagnetic bilayers allow for a switching geometry based on in-plane current injection. Using this geometry, we demonstrate deterministic magnetization reversal by current pulses ranging from 180 ps to ms in Pt/Co/AlOx dots with lateral dimensions of 90 nm. We characterize the switching probability and critical current Ic as a function of pulse length, amplitude, and external field. Our data evidence two distinct regimes: a short-time intrinsic regime, where Ic scales linearly with the inverse of the pulse length, and a long-time thermally assisted regime, where Ic varies weakly. Both regimes are consistent with magnetization reversal proceeding by nucleation and fast propagation of domains. We find that Ic is a factor 3–4 smaller compared to a single domain model and that the incubation time is negligibly small, which is a hallmark feature of spin-orbit torques.

1.
J.
Hutchby
and
M.
Garner
,
IRTS Report on Emerging Memory Devices
(www.irts.net,
2010
).
2.
J. C.
Slonczewski
,
J. Magn. Magn. Mater.
159
,
L1
(
1996
).
3.
B.
Dieny
,
R.
Sousa
,
J.
Herault
,
C.
Papusoi
,
G.
Prenat
,
U.
Ebels
,
D.
Houssameddine
,
B.
Rodmacq
,
S.
Auffret
,
L.
Buda-Prejbeanu
 et al,
Int. J. Nanotechnol.
7
,
591
(
2010
).
4.
T.
Devolder
,
C.
Chappert
,
J.
Katine
,
M.
Carey
, and
K.
Ito
,
Phys. Rev. B
75
,
064402
(
2007
).
5.
A.
Kent
,
B.
Özyilmaz
, and
E. Del
Barco
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
3897
(
2004
).
6.
A.
Tulapurkar
,
T.
Devolder
,
K.
Yagami
,
P.
Crozat
,
C.
Chappert
,
A.
Fukushima
, and
Y.
Suzuki
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
5358
(
2004
).
7.
C.
Papusoi
,
B.
Delaët
,
B.
Rodmacq
,
D.
Houssameddine
,
J.
Michel
,
U.
Ebels
,
R.
Sousa
,
L.
Buda-Prejbeanu
, and
B.
Dieny
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
072506
(
2009
).
8.
O. J.
Lee
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
102507
(
2011
).
9.
H.
Liu
,
D.
Bedau
,
D.
Backes
,
J.
Katine
,
J.
Langer
, and
A.
Kent
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
242510
(
2010
).
10.
I. M.
Miron
,
K.
Garello
,
G.
Gaudin
,
P.-J.
Zermatten
,
M. V.
Costache
,
S.
Auffret
,
S.
Bandiera
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
, and
P.
Gambardella
,
Nature
476
,
189
(
2011
).
11.
P. M.
Haney
,
H.-W.
Lee
,
K.-J.
Lee
,
A.
Manchon
, and
M.
Stiles
,
Phys. Rev. B
87
,
174411
(
2013
).
12.
X.
Wang
and
A.
Manchon
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
117201
(
2012
).
13.
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
S.
Auffret
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
,
S.
Pizzini
,
J.
Vogel
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Mater.
9
,
230
(
2010
).
14.
L.
Liu
,
C.-F.
Pai
,
Y.
Li
,
H.
Tseng
,
D.
Ralph
, and
R.
Buhrman
,
Science
336
,
555
(
2012
).
15.
C.-F.
Pai
,
L.
Liu
,
Y.
Li
,
H.
Tseng
,
D.
Ralph
, and
R.
Buhrman
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
122404
(
2012
).
16.
K.
Garello
,
I. M.
Miron
,
C. O.
Avci
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
S.
Blügel
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
587
(
2013
).
17.
J.
Kim
,
J.
Sinha
,
M.
Hayashi
,
M.
Yamanouchi
,
S.
Fukami
,
T.
Suzuki
,
S.
Mitani
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
12
,
240
(
2013
).
18.
X.
Fan
,
H.
Celik
,
J.
Wu
,
C.
Ni
,
K.-J.
Lee
,
V. O.
Lorenz
, and
J. Q.
Xiao
,
Nat. Commun.
5
,
3042
(
2014
).
19.
T. D.
Skinner
,
M.
Wang
,
A. T.
Hindmarch
,
A. W.
Rushforth
,
A. C.
Irvine
,
D.
Heiss
,
H.
Kurebayashi
, and
A. J.
Ferguson
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
062401
(
2014
).
20.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
, and
P.
Gambardella
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
212404
(
2012
).
21.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
C.
Nistor
,
S.
Godey
,
B.
Ballesteros
,
A.
Mugarza
,
A.
Barla
,
M.
Valvidares
,
E.
Pellegrin
,
A.
Ghosh
,
I. M.
Miron
,
O.
Boulle
,
S.
Auffret
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Phys. Rev. B
89
,
214419
(
2014
).
22.
I. M.
Miron
,
T.
Moore
,
H.
Szambolics
,
L. D.
Buda-Prejbeanu
,
S.
Auffret
,
B.
Rodmacq
,
S.
Pizzini
,
J.
Vogel
,
M.
Bonfim
,
A.
Schuhl
 et al,
Nat. Mater.
10
,
419
(
2011
).
23.
S.
Emori
,
U.
Bauer
,
S.-M.
Ahn
,
E.
Martinez
, and
G. S.
Beach
,
Nat. Mater.
12
,
611
(
2013
).
24.
K.-S.
Ryu
,
L.
Thomas
,
S.-H.
Yang
, and
S.
Parkin
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
527
(
2013
).
25.
G.
Gaudin
,
I.
Miron
,
P.
Gambardella
, and
A.
Schuhl
, WO 2012/014131A1, 2012/014132A1, 2012/056348A1 (
2012
).
26.
A. van den
Brink
,
S.
Cosemans
,
S.
Cornelissen
,
M.
Manfrini
,
A.
Vaysset
,
W.
Van Roy
,
T.
Min
,
H.
Swagten
, and
B.
Koopmans
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
012403
(
2014
).
27.
M.
Yamanouchi
,
L.
Chen
,
J.
Kim
,
M.
Hayashi
,
H.
Sato
,
S.
Fukami
,
S.
Ikeda
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
212408
(
2013
).
28.
M.
Cubukcu
,
O.
Boulle
,
M.
Drouard
,
K.
Garello
,
C. O.
Avci
,
I. M.
Miron
,
J.
Langer
,
B.
Ocker
,
P.
Gambardella
, and
G.
Gaudin
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
042406
(
2014
).
29.
M. M. de
Castro
,
R.
Sousa
,
S.
Bandiera
,
C.
Ducruet
,
A.
Chavent
,
S.
Auffret
,
C.
Papusoi
,
I.
Prejbeanu
,
C.
Portemont
,
L.
Vila
 et al,
J. Appl. Phys.
111
,
07C912
(
2012
).
30.
R.
Koch
,
J.
Katine
, and
J.
Sun
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
088302
(
2004
).
31.
D.
Bedau
,
H.
Liu
,
J.
Sun
,
J.
Katine
,
E.
Fullerton
,
S.
Mangin
, and
A.
Kent
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
262502
(
2010
).
32.
H.
Liu
,
D.
Bedau
,
J.
Sun
,
S.
Mangin
,
E.
Fullerton
,
J.
Katine
, and
A.
Kent
,
J. Magn. Magn. Mater.
358
,
233
(
2014
).
33.
K.-S.
Lee
,
S.-W.
Lee
,
B.-C.
Min
, and
K.-J.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
112410
(
2013
).
34.
K.-S.
Lee
,
S.-W.
Lee
,
B.-C.
Min
, and
K.-J.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
072413
(
2014
).
35.
A.
Hoffmann
,
IEEE Trans. Magn.
49
,
5172
(
2013
).
36.
G.
Finocchio
,
M.
Carpentieri
,
E.
Martinez
, and
B.
Azzerboni
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
212410
(
2013
).
37.
E.
Martinez
,
S.
Emori
, and
G. S.
Beach
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
072406
(
2013
).
38.
N.
Perez
,
E.
Martinez
,
L.
Torres
,
S.-H.
Woo
,
S.
Emori
, and
G.
Beach
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
092403
(
2014
).
39.
O.
Lee
,
L.
Liu
,
C.
Pai
,
Y.
Li
,
H.
Tseng
,
P.
Gowtham
,
J.
Park
,
D.
Ralph
, and
R.
Buhrman
,
Phys. Rev. B
89
,
024418
(
2014
).
40.
D. P.
Bernstein
,
B.
Bräuer
,
R.
Kukreja
,
J.
Stöhr
,
T.
Hauet
,
J.
Cucchiara
,
S.
Mangin
,
J. A.
Katine
,
T.
Tyliszczak
,
K. W.
Chou
 et al,
Phys. Rev. B
83
,
180410
(
2011
).
You do not currently have access to this content.