Field-free spin–orbit torque switching in synthetic antiferromagnets (SAF) holds significant promise for high-density spintronic memory and logic devices. In this paper, we realize the field-free magnetization switching in SAFs due to the local ion implantation-induced 45° lateral interface and symmetry breaking. Moreover, the magnetization switching ratio is enlarged by the lateral interface owing to the superimposition of a damping-like effective field and a symmetry-breaking effective field. Our work is significant for the development of magnetic random-access memory technology with high-speed and anti-interference ability.
REFERENCES
1.
A.
Hirohata
, Nat. Electron.
5
, 832
(2022
).2.
J. M.
Hu
,
Z.
Li
,
L.
Chen
, and
C.
Nan
, Nat. Commun.
2
, 553
(2011
).3.
S.
Bhatti
,
R.
Sbiaa
,
A.
Hirohata
,
H.
Ohno
,
S.
Fukami
, and
S. N.
Piramanayagam
, Mater. Today
20
, 530
(2017
).4.
G.
Yu
, Nat. Electron.
1
, 496
(2018
).5.
H.
Yang
,
S.
Valenzuela
,
M.
Chshiev
,
S.
Couet
,
B.
Dieny
,
B.
Dlubak
,
A.
Fert
,
K.
Garello
,
M.
Jamet
,
D.
Jeong
,
K.
Lee
,
T.
Lee
,
M.
Martin
,
G.
Kar
,
P.
Seneor
,
H.
Shin
, and
S.
Roche
, Nature
606
, 663
(2022
).6.
S. S.
Parkin
, Phys. Rev. Lett.
67
, 3598
(1991
).7.
R.
Chen
,
R.
Zhang
,
L.
Liao
,
X.
Chen
,
Y.
Zhou
,
Y.
Gu
,
M.
Saleem
,
X.
Zhou
,
F.
Pan
, and
C.
Song
, Appl. Phys. Lett.
115
, 132403
(2019
).8.
R.
Duine
,
K.
Lee
,
S.
Parkin
, and
M.
Stiles
, Nat. Phys.
14
, 217
(2018
).9.
J.
Hayakawa
,
S.
Ikeda
,
Y.
Lee
,
R.
Sasaki
,
T.
Meguro
,
F.
Matsukura
,
H.
Takahashi
, and
H.
Ohno
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
45
, 1057
(2006
).10.
C.
Yoshida
,
T.
Takenaga
,
Y.
Iba
,
Y.
Yamazaki
,
H.
Noshiro
,
K.
Tsunoda
,
A.
Hatada
,
M.
Nakabayashi
,
A.
Takahashi
,
M.
Aoki
, and
T.
Sugii
, IEEE Trans. Magn.
49
, 4363
(2013
).11.
C.
Bi
,
H.
Almasi
,
K.
Price
,
T.
Newhouse-Illige
,
M.
Xu
,
S. R.
Allen
,
X.
Fan
, and
W.
Wang
, Phys. Rev. B
95
, 104434
(2017
).12.
Q.
Ma
,
Y.
Li
,
Y.
Choi
,
W.
Chen
,
S.
Han
, and
C.
Chien
, Appl. Phys. Lett.
117
, 172403
(2020
).13.
L.
Zhu
,
X.
Xu
,
M.
Wang
,
K.
Meng
,
Y.
Wu
,
J.
Chen
,
J.
Miao
, and
Y.
Jiang
, Appl. Phys. Lett.
117
, 112401
(2020
).14.
L.
Liu
,
X.
Zhao
,
W.
Liu
,
Y.
Song
,
X.
Zhao
, and
Z.
Zhang
, J. Phys. D: Appl. Phys.
54
, 505003
(2021
).15.
X.
Zhao
,
L.
Ji
,
W.
Liu
,
S.
Li
,
L.
Liu
,
Y.
Song
,
Y.
Li
,
J.
Ma
,
X.
Sun
,
H.
Wang
,
X.
Zhao
, and
Z.
Zhang
, Phys. Rev. Appl.
13
, 004074
(2020
).16.
X.
Luo
,
Y.
Wang
,
S.
Liu
,
T.
Guo
,
X.
Han
, and
G.
Yu
, J. Phys.: Condens. Matter
35
, 264004
(2023
).17.
R.
Chen
,
Q.
Cui
,
L.
Liao
,
Y.
Zhu
,
R.
Zhang
,
H.
Bai
,
Y.
Zhou
,
G.
Xing
,
F.
Pan
,
H.
Yang
, and
C.
Song
, Nat. Commun.
12
, 3113
(2021
).18.
W.
He
,
C.
Wan
,
C.
Zheng
,
Y.
Wang
,
X.
Wang
,
T.
Ma
,
Y.
Wang
,
C.
Guo
,
X.
Luo
,
M. E.
Stebliy
,
G.
Yu
,
Y.
Liu
,
A. V.
Ognev
,
A. S.
Samardak
, and
X.
Han
, Nano Lett.
22
, 6857
(2022
).19.
Z.
Wang
,
P.
Li
,
M.
Fattouhi
,
Y.
Yao
,
Y. L. W.
Van Hees
,
C. F.
Schippers
,
X.
Zhang
,
R.
Lavrijsen
,
F.
Garcia-Sanchez
,
E.
Martinez
,
A.
Fert
,
W.
Zhao
, and
B.
Koopmans
, Cell Rep. Phys. Sci.
4
, 101334
(2023
).20.
H.
Fan
,
M.
Jin
,
Y.
Luo
,
H.
Yang
,
B.
Wu
,
Z.
Feng
,
Y.
Zhuang
,
Z.
Shao
,
C.
Yu
,
H.
Li
,
J.
Wen
,
N.
Wang
,
B.
Liu
,
W.
Li
, and
T.
Zhou
, Adv. Funct. Mater.
33
, 2211953
(2023
).21.
Y.
Zhao
,
S.
Yang
,
K.
Wu
,
X.
Li
,
X.
Zhang
,
L.
Li
,
Z.
Chu
,
C.
Bi
, and
Y.
Zhou
, Appl. Phys. Lett.
120
, 22401
(2022
).22.
P.
Zhang
,
L.
Liao
,
G.
Shi
,
R.
Zhang
,
H.
Wu
,
Y.
Wang
,
F.
Pan
, and
C.
Song
, Phys. Rev. B
97
, 214403
(2018
).23.
S.
Yang
,
K.
Ryu
, and
S.
Parkin
, Nat. Nanotechnol.
10
, 221
(2015
).24.
T.
Lee
,
J.
Kim
,
S.
An
,
S.
Jeong
,
D.
Lee
,
D.
Jeong
,
N. J.
Lee
,
K. S.
Lee
,
C. Y.
You
,
B. G.
Park
,
K. J.
Kim
,
S.
Kim
, and
S.
Lee
, Acta Mater.
246
, 118705
(2023
).25.
Y.
Li
,
M.
Yang
,
G.
Yu
,
B.
Cui
, and
J.
Luo
, Appl. Phys. Lett.
120
, 062402
(2022
).26.
M.
Yang
,
Y.
Li
,
J.
Luo
,
Y.
Deng
,
N.
Zhang
,
X.
Zhang
,
S.
Li
,
Y.
Cui
,
P.
Yu
,
T.
Yang
,
Y.
Sheng
,
S.
Wang
,
J.
Xu
,
C.
Zhao
, and
K.
Wang
, Phys. Rev. Appl.
15
, 054013
(2021
).27.
Y.
Li
,
M.
Yang
, and
J.
Luo
, J. Mater. Sci.: Mater. Electron.
33
, 6681
(2022
).28.
D.
Litvinov
,
J.
Wolfe
,
E.
Svedberg
,
T.
Ambrose
,
K.
Howard
,
F.
Chen
,
T.
Schlesinger
, and
S.
Khizroev
, J. Magn. Magn. Mater.
283
, 128
(2004
).29.
D.
Kim
,
C.
Kim
,
H.
Kim
, and
J.
Lee
, J. Magn. Magn. Mater.
226–230
, 738
(2001
).30.
D.
Kumar
,
S.
Gupta
,
T.
Jin
,
R.
Nongjai
,
K.
Asokan
, and
S. N.
Piramanayagam
, IEEE Magn. Lett.
9
, 4500305
(2018
).31.
Y.
Zhao
,
J.
Wang
,
L.
Xu
,
P.
Yu
,
M.
Hou
,
F.
Meng
,
S.
Xie
,
Y.
Meng
,
R.
Zhu
,
Z.
Hou
,
M.
Yang
,
J.
Luo
,
J.
Wu
,
Y.
Xu
,
X.
Gao
,
C.
Feng
, and
G.
Yu
, ACS Appl. Mater. Interfaces
15
, 15004
(2023
).32.
Y.
Zhang
,
X.
Zhang
,
N.
Vernier
,
Z.
Zhang
,
G.
Agnus
,
J.-R.
Coudevylle
,
X.
Lin
,
Y.
Zhang
,
Y.-G.
Zhang
,
W.
Zhao
, and
D.
Ravelosona
, Phys. Rev. Appl.
9
, 064027
(2018
).© 2024 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2024
Author(s)
You do not currently have access to this content.