Spin–orbit torques (SOTs) are known to be the most efficient way to manipulate the magnetization direction by electrical currents. While, conventionally, one symmetry component of the SOTs, namely, the damping-like torque, was considered to play a primary role, recently, the significance of the other component, the field-like torque, has been revised, owing to the non-trivial dynamics it can induce in heavy metal/ferromagnet multilayers. In this work, we first discuss the unusual behavior of the field-like SOT in a Ta/CoFeB/Ta/MgO multilayer system with a reduced magnetic anisotropy and demonstrate an energy-efficient approach to manipulate the magnitude of the SOT effective fields. Finally, our results show a possibility to engineer the anisotropy of the field-like SOTs by piezoelectric strain, which can be potentially attractive for application in spintronics.

1.
A.
Manchon
and
S.
Zhang
,
Phys. Rev. B
78
,
212405
(
2008
).
2.
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
S.
Auffret
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
,
S.
Pizzini
,
J.
Vogel
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Mater.
9
,
230
(
2010
).
3.
J.
Kim
,
J.
Sinha
,
M.
Hayashi
,
M.
Yamanouchi
,
S.
Fukami
,
T.
Suzuki
,
S.
Mitani
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
12
,
240
(
2013
).
4.
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
).
5.
L.
Liu
,
C.-F.
Pai
,
Y.
Li
,
H. W.
Tseng
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Science
336
,
555
(
2012
).
6.
A.
Manchon
,
J.
Železný
,
I. M.
Miron
,
T.
Jungwirth
,
J.
Sinova
,
A.
Thiaville
,
K.
Garello
, and
P.
Gambardella
,
Rev. Mod. Phys.
91
,
035004
(
2019
).
7.
T.
Nan
,
J.-M.
Hu
,
M.
Dai
,
S.
Emori
,
X.
Wang
,
Z.
Hu
,
A.
Matyushov
,
L.-Q.
Chen
, and
N.
Sun
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1806371
(
2019
).
8.
M.
Filianina
,
J.-P.
Hanke
,
K.
Lee
,
D.-S.
Han
,
S.
Jaiswal
,
A.
Rajan
,
G.
Jakob
,
Y.
Mokrousov
, and
M.
Kläui
,
Phys. Rev. Lett.
124
,
217701
(
2020
).
9.
H.
Sohn
,
M. E.
Nowakowski
,
C.-Y.
Liang
,
J. L.
Hockel
,
K.
Wetzlar
,
S.
Keller
,
B. M.
McLellan
,
M. A.
Marcus
,
A.
Doran
,
A.
Young
 et al,
ACS Nano
9
,
4814
4826
(
2015
).
10.
S.
Finizio
,
M.
Foerster
,
M.
Buzzi
,
B.
Krüger
,
M.
Jourdan
,
C. A. F.
Vaz
,
J.
Hockel
,
T.
Miyawaki
,
A.
Tkach
,
S.
Valencia
 et al,
Phys. Rev. Appl.
1
,
021001
(
2014
).
11.
M.
Filianina
,
L.
Baldrati
,
T.
Hajiri
,
K.
Litzius
,
M.
Foerster
,
L.
Aballe
, and
M.
Kläui
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
062404
(
2019
).
12.
M.
Foerster
,
F.
Maciá
,
N.
Statuto
,
S.
Finizio
,
A.
Hernández-Mínguez
,
S.
Lendínez
,
P. V.
Santos
,
J.
Fontcuberta
,
J. M.
Hernández
,
M.
Kläui
, and
L.
Aballe
,
Nat. Commun.
8
,
407
(
2017
).
13.
Y.
Wang
,
L.
Wang
,
J.
Xia
,
Z.
Lai
,
G.
Tian
,
Z.
Hou
,
X.
Gao
,
W.
Mi
,
C.
Feng
,
M.
Zeng
,
G.
Zhou
,
G.
Yu
,
G.
Wu
,
Y.
Zhou
,
W.
Wang
,
X.-X.
Zhang
, and
J.
Liu
,
Nat. Commun.
11
,
3577
(
2020
).
14.
See https://www.mtixtl.com for details of the piezoelectric materials.
15.
Q.
Wang
,
J.
Domann
,
G.
Yu
,
A.
Barra
,
K. L.
Wang
, and
G. P.
Carman
,
Phys. Rev. Appl.
10
,
034052
(
2018
).
16.
H. B.
Huang
,
C. P.
Zhao
, and
X. Q.
Ma
,
Adv. Condens. Matter Phys.
2016
,
9271407
.
17.
G.
Yu
,
P.
Upadhyaya
,
X.
Li
,
W.
Li
,
S. K.
Kim
,
Y.
Fan
,
K. L.
Wong
,
Y.
Tserkovnyak
,
P. K.
Amiri
, and
K. L.
Wang
,
Nano Lett.
16
,
1981
(
2016
).
18.
J.
Zázvorka
,
F.
Jakobs
,
D.
Heinze
,
N.
Keil
,
S.
Kromin
,
S.
Jaiswal
,
K.
Litzius
,
G.
Jakob
,
P.
Virnau
,
D.
Pinna
,
K.
Everschor-Sitte
,
L.
Rózsa
,
A.
Donges
,
U.
Nowak
, and
M.
Kläui
,
Nat. Nanotechnol.
14
,
658
(
2019
).
19.
T.
Wu
,
P.
Zhao
,
M.
Bao
,
A.
Bur
,
J. L.
Hockel
,
K.
Wong
,
K. P.
Mohanchandra
,
C. S.
Lynch
, and
G. P.
Carman
,
J. Appl. Phys.
109
,
124101
(
2011
).
20.
S. B.
Wu
,
T.
Zhu
,
X. F.
Yang
, and
S.
Chen
,
J. Appl. Phys.
113
,
17C717
(
2013
).
21.
C.
Zeng
,
Y.
Yao
,
Q.
Niu
, and
H. H.
Weitering
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
037204
(
2006
).
22.
R.
Mathieu
,
A.
Asamitsu
,
H.
Yamada
,
K.
Takahashi
,
M.
Kawasaki
,
Z.
Fang
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
016602
(
2004
).
23.
M.
Hayashi
,
J.
Kim
,
M.
Yamanouchi
, and
H.
Ohno
,
Phys. Rev. B
89
,
144425
(
2014
).
24.
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
).
25.
S.
Emori
,
U.
Bauer
,
S.
Ahn
,
E.
Martinez
, and
G. S. D.
Beach
,
Nat. Mater.
12
,
611
(
2013
).
26.
S.
Yun
,
E.
Park
,
K.
Lee
, and
S. H.
Lim
,
NPG Asia Mater
9
,
e449
(
2017
).
27.
X.
Qiu
,
P.
Deorani
,
K.
Narayanapillai
,
K.-S.
Lee
,
K.-J.
Lee
,
H.-W.
Lee
, and
H.
Yang
,
Sci. Rep.
4
,
4491
(
2015
).
28.
D.
Li
,
S.
Chen
,
Y.
Zuo
,
J.
Yun
,
B.
Cui
,
K.
Wu
,
X.
Guo
,
D.
Yang
,
L.
Wang
, and
L.
Xi
,
Sci. Rep.
8
,
12959
(
2018
).
29.
K.-W.
Moon
,
J.-C.
Lee
,
S.-B.
Choe
, and
K.-H.
Shin
,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
113904
(
2009
).
30.
D.
Wang
,
C.
Nordman
,
Z.
Qian
,
J. M.
Daughton
, and
J.
Myers
,
J. Appl. Phys.
97
,
10C906
(
2005
).
31.
S.
Bhowmick
and
V. B.
Shenoy
,
J. Chem. Phys.
125
,
164513
(
2006
).
32.
H.-F.
Lee
,
S.
Kumar
, and
M. A.
Haque
,
Acta Mater.
58
,
6619
(
2010
).
33.
H.
Fangohr
,
D. S.
Chernyshenko
,
M.
Franchin
,
T.
Fischbacher
, and
G.
Meier
,
Phys. Rev. B
84
,
054437
(
2011
).
34.
L.
Kraus
,
V.
Haslar
, and
P.
Duhaj
,
IEEE Trans. Magn.
30
,
530
(
1994
).
35.
K.
Wu
,
D.
Su
,
R.
Saha
, and
J.-P.
Wang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
53
,
205002
(
2020
).
36.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
C.
Nistor
,
S.
Godey
,
B.
Ballesteros
,
A.
Mugarza
,
A.
Barla
,
M.
Valvidares
,
E.
Pellegrin
, and
A.
Ghosh
,
Phys. Rev. B
89
,
214419
(
2014
).
37.
D.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
212405
(
2012
).
38.
J.
Yoon
,
S.-W.
Lee
,
J. H.
Kwon
,
J. M.
Lee
,
J.
Son
,
X.
Qiu
,
K.-J.
Lee
, and
H.
Yang
,
Sci. Adv.
3
,
e1603099
(
2017
).
40.
I. E.
Dzyaloshinskii
,
J. Phys. Chem. Solids
4
,
241
(
1958
).
41.
A.
Thiaville
,
S.
Rohart
,
É.
Jué
,
V.
Cros
, and
A.
Fert
,
Europhys. Lett.
100
,
57002
(
2012
).
42.
A.
Fert
,
N.
Reyren
, and
V.
Cros
,
Nat. Rev. Mater.
2
,
17031
(
2017
).
43.
B.
Chen
,
J.
Lourembam
,
S.
Goolaup
, and
S. T.
Lim
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
022401
(
2019
).
44.
F.
Büttner
,
I.
Lemesh
,
M.
Schneider
,
B.
Pfau
,
C. M.
Günther
,
P.
Hessing
,
J.
Geilhufe
,
L.
Caretta
,
D.
Engel
,
B.
Krüger
,
J.
Viefhaus
,
S.
Eisebitt
, and
G. S. D.
Beach
,
Nat. Nanotechnol.
12
,
1040
(
2017
).
45.
A.
Fert
,
V.
Cros
, and
J.
Sampaio
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
152
(
2013
).
46.
D.
Prychynenko
,
M.
Sitte
,
K.
Litzius
,
B.
Krüger
,
G.
Bourianoff
,
M.
Kläui
,
J.
Sinova
, and
K.
Everschor-Sitte
,
Phys. Rev. Appl.
9
,
014034
(
2018
).
47.
W.
Jiang
,
P.
Upadhyaya
,
W.
Zhang
,
G.
Yu
,
M. B.
Jungfleisch
,
F. Y.
Fradin
,
J. E.
Pearson
,
Y.
Tserkovnyak
,
K. L.
Wang
,
O.
Heinonen
,
S. G. E.
te Velthuis
, and
A.
Hoffmann
,
Science
349
,
283
(
2015
).
48.
K.
Litzius
,
I.
Lemesh
,
B.
Krüger
,
P.
Bassirian
,
L.
Caretta
,
K.
Richter
,
F.
Büttner
,
K.
Sato
,
O. A.
Tretiakov
,
J.
Förster
,
R. M.
Reeve
,
M.
Weigand
,
I.
Bykova
,
H.
Stoll
,
G.
Schütz
,
G. S. D.
Beach
, and
M.
Kläui
,
Nat. Phys.
13
,
170
(
2017
).
49.
J.-P.
Hanke
,
F.
Freimuth
,
B.
Dupé
,
J.
Sinova
,
M.
Kläui
, and
Y.
Mokrousov
,
Phys. Rev. B
101
,
014428
(
2020
).
50.
K.
Litzius
,
J.
Leliaert
,
P.
Bassirian
,
D.
Rodrigues
,
S.
Kromin
,
I.
Lemesh
,
J.
Zazvorka
,
K.
Lee
,
J.
Mulkers
,
N.
Kerber
,
D.
Heinze
,
N.
Keil
,
R. M.
Reeve
,
M.
Weigand
,
B.
Van Waeyenberge
,
G.
Schütz
,
K.
Everschor-Sitte
,
G. S. D.
Beach
, and
M.
Kläui
,
Nat. Electron.
3
,
30
(
2020
).
51.
A.
Bisig
,
C. A.
Akosa
,
J.-H.
Moon
,
J.
Rhensius
,
C.
Moutafis
,
A.
von Bieren
,
J.
Heidler
,
G.
Kiliani
,
M.
Kammerer
,
M.
Curcic
,
M.
Weigand
,
T.
Tyliszczak
,
B.
Van Waeyenberge
,
H.
Stoll
,
G.
Schütz
,
K.-J.
Lee
,
A.
Manchon
, and
M.
Kläui
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
277203
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.