Since it is undesirable to require an external magnetic field for on-chip memory applications, we investigate the use of a Rashba effective field alternatively for assisting the electric-field-induced switching operation of a three terminal perpendicular magnetic tunnel junction (pMTJ). By conducting macro-spin simulations, we show that a pMTJ with a thermal stability of 61 can be switched in 0.5 ns, consuming a switching energy of 6 fJ, and the voltage operation margin can be improved to 0.8 ns. Furthermore, the results also demonstrate that a heavy metal system that can provide a large field-like torque rather than the damping-like torque is favored for the switching.

1.
X.
Guo
,
E.
Ipek
, and
T.
Soyata
,
ACM SIGARCH Comput. Archit. News
38
,
371
(
2010
).
2.
C. W.
Smullen
,
V.
Mohan
,
A.
Nigam
,
S.
Gurumurthi
, and
R.
Stan
, in
IEEE 17th International Symposium High Performance Computer Architecture (HPCA)
,
2011
.
3.
T.
Hanyu
,
T.
Endoh
,
S.
Ikeda
,
T.
Sugibayashi
,
N.
Kasai
,
D.
Suzuki
,
M.
Natsui
,
H.
Koike
, and
H.
Ohno
,
Beyond MRAM: Nonvolatile Logic‐in‐Memory VLSI
(
John Wiley & Sons, Inc.
,
2016
), p.
199
.
4.
A.
Khvalkovskiy
,
D.
Apalkov
,
S.
Watts
,
R.
Chepulskii
,
R.
Beach
,
A.
Ong
,
X.
Tang
,
A.
Driskill-Smith
,
W.
Butler
, and
P.
Visscher
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
46
,
074001
(
2013
).
5.
K.
Lee
and
S. H.
Kang
,
IEEE Trans. Magn.
47
,
131
(
2011
).
6.
H.
Zhao
,
A.
Lyle
,
Y.
Zhang
,
P.
Amiri
,
G.
Rowlands
,
Z.
Zeng
,
J.
Katine
,
H.
Jiang
,
K.
Galatsis
, and
K.
Wang
,
J. Appl. Phys.
109
,
07C720
(
2011
).
7.
K.
Wang
,
J.
Alzate
, and
P. K.
Amiri
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
46
,
074003
(
2013
).
8.
X.
Waintal
,
E. B.
Myers
,
P. W.
Brouwer
, and
D.
Ralph
,
Phys. Rev. B
62
,
12317
(
2000
).
9.
Y.
Huai
,
M.
Pakala
,
Z.
Diao
, and
Y.
Ding
,
IEEE Trans. Magn.
41
,
2621
(
2005
).
10.
G.
Han
,
H.
Meng
,
J.
Huang
,
V. B.
Naik
,
C. H.
Sim
,
M.
Tran
, and
S.
Ter Lim
,
IEEE Trans. Magn.
51
,
3400309
(
2015
).
11.
A.
Chintaluri
,
H.
Naeimi
,
S.
Natarajan
, and
A.
Raychowdhury
,
IEEE J. Emerging Sel. Top. Circuits Syst.
6
,
319
(
2016
).
12.
Y.
Shiota
,
T.
Nozaki
,
F.
Bonell
,
S.
Murakami
,
T.
Shinjo
, and
Y.
Suzuki
,
Nat. Mater.
11
,
39
(
2012
).
13.
W.-G.
Wang
,
M.
Li
,
S.
Hageman
, and
C.
Chien
,
Nat. Mater.
11
,
64
(
2012
).
14.
K.
Nakamura
,
T.
Akiyama
,
T.
Ito
,
M.
Weinert
, and
A.
Freeman
,
Phys. Rev. B
81
,
220409
(
2010
).
15.
K.
He
,
J.
Chen
, and
Y.
Feng
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
072503
(
2011
).
16.
H.
Yang
,
M.
Chshiev
,
B.
Dieny
,
J.
Lee
,
A.
Manchon
, and
K.
Shin
,
Phys. Rev. B
84
,
054401
(
2011
).
17.
S.
Kanai
,
M.
Yamanouchi
,
S.
Ikeda
,
Y.
Nakatani
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
122403
(
2012
).
18.
C.
Grezes
,
F.
Ebrahimi
,
J.
Alzate
,
X.
Cai
,
J.
Katine
,
J.
Langer
,
B.
Ocker
,
P. K.
Amiri
, and
K.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
012403
(
2016
).
19.
S.
Kanai
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
192406
(
2016
).
20.
J.
Deng
,
G.
Liang
, and
G.
Gupta
,
Sci. Rep.
7
,
16562
(
2017
).
21.
A.
Manchon
and
S.
Zhang
,
Phys. Rev. B
79
,
094422
(
2009
).
22.
A.
Manchon
,
H. C.
Koo
,
J.
Nitta
,
S.
Frolov
, and
R.
Duine
,
Nat. Mater.
14
,
871
(
2015
).
23.
F.
Oboril
,
R.
Bishnoi
,
M.
Ebrahimi
, and
M. B.
Tahoori
,
IEEE Trans. Comput.-Aided Des. Integr. Circuits Syst.
34
,
367
(
2015
).
24.
J. C.
Slonczewski
,
J. Magn. Magn. Mater.
159
,
L1
(
1996
).
25.
M.
Beleggia
,
M.
De Graef
,
Y.
Millev
,
D.
Goode
, and
G.
Rowlands
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
38
,
3333
(
2005
).
26.
M.
Beleggia
,
M.
De Graef
, and
Y.
Millev
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
39
,
891
(
2006
).
27.
H.
Akimoto
,
H.
Kanai
,
Y.
Uehara
,
T.
Ishizuka
, and
S.
Kameyama
,
J. Appl. Phys.
97
,
10N705
(
2005
).
28.
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
S.
Auffret
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
,
S.
Pizzini
,
J.
Vogel
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Mater.
9
,
230
(
2010
).
29.
S.
Ikeda
,
K.
Miura
,
H.
Yamamoto
,
K.
Mizunuma
,
H.
Gan
,
M.
Endo
,
S.
Kanai
,
J.
Hayakawa
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
9
,
721
(
2010
).
30.
Q.
Hao
and
G.
Xiao
,
Phys. Rev. B
91
,
224413
(
2015
).
31.
T.
Suzuki
,
S.
Fukami
,
N.
Ishiwata
,
M.
Yamanouchi
,
S.
Ikeda
,
N.
Kasai
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
142505
(
2011
).
32.
U. H.
Pi
,
K.
Won Kim
,
J. Y.
Bae
,
S. C.
Lee
,
Y. J.
Cho
,
K. S.
Kim
, and
S.
Seo
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
162507
(
2010
).
33.
N.
Sato
,
A.
El-Ghazaly
,
R. M.
White
, and
S. X.
Wang
,
IEEE Trans. Magn.
52
,
1400304
(
2016
).
34.
J.
Kim
,
J.
Sinha
,
M.
Hayashi
,
M.
Yamanouchi
,
S.
Fukami
,
T.
Suzuki
,
S.
Mitani
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
12
,
240
(
2013
).
35.
X.
Fan
,
H.
Celik
,
J.
Wu
,
C.
Ni
,
K.-J.
Lee
,
V. O.
Lorenz
, and
J. Q.
Xiao
,
Nat. Commun.
5
,
3042
(
2014
).
36.
C.
Zhang
,
S.
Fukami
,
H.
Sato
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
012401
(
2015
).
37.
M.
Montazeri
,
P.
Upadhyaya
,
M. C.
Onbasli
,
G.
Yu
,
K. L.
Wong
,
M.
Lang
,
Y.
Fan
,
X.
Li
,
P. K.
Amiri
, and
R. N.
Schwartz
,
Nat. Commun.
6
,
8958
(
2015
).
You do not currently have access to this content.