INVE MEM 2014 192074

Selective Injection of Magnetic Domain Walls in Permalloy nanostripes.
Johanna Akerman1, Manuel Muñoz2, Marco Maicas1, José L. Prieto1.
1. Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología, Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, Spain.
2.IMM‐Instituto de Microeléctronica de Madrid.
IEEE International Magnetic Conference 4 – 8 May 2014, Dresden, Germany
Motivation
Future Magnetic Memory Devices
Exquisite control
Reliable Injection
Controlled Pinning
Defined Depinning Process
Different types of DWs: • Notch dimensions (Zhu APL 2012, Faulkner JAP 2004) • Stripe thickness (Bogart PRB 2009)
• Stochastic behaviour (Boklage APL 2013, Im PRL 2009, S.S.P. Parkin et al. Science 320, 190 (2008)
Akerman PRB 2010)
Which type of DW will likely pin??
We explore the conditions of DW injection
CI Depinning: Joule Heating /STT • Spatial Distribution of J and
magnetization around the notch.
Selective Pinning of different types of DWs
Device Fabrication & Experimental Setup
C
A
50 Ω
B
Hinj
IDC
• E‐beam Lithography
Sputtering
Lift Off
• Ta/Py(10nm)/Ta/Pt
300 nm wide
• 3 Notch Shapes:
300 nm
100 nm
• V pulse : 1,4V 10ns
• Hprop ≈ 2 Oe
Good!!
Quasistatic Pinning
Number of Events
100
80
60
8 Oe
40
• Hinj = 0 Oe < Hprop
1 type Unpinned DWs !!!
20
Hinj = 0 Oe
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Resistance ()
Dynamic Pinning
• Hinj = 8 Oe > Hprop
1 Type Pinned DWs !!!
Number of Events
100
80
60
40
20
Hinj =8 Oe
0
0,0
0,1
0,2
0,3
Resistance ()
0,4
(Prieto PRB 2011, Muñoz Nat Comm 2011)
Results
Hinj
250
20 Oe
200
150
10 Oe
100
50
• Hinj = 0 Oe
1 peak at 0.20 Ω Unpinned TWs
• Hinj = 10 Oe ≈ Hwalker
0.19 Ω
0.22 Ω
0.27 Ω
0.32 Ω
0 Oe
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Resistance ()
Micromagnetic Simulations: OOMMF
• α =0.01
Similar AMR Value
• H 5,5mT
• VCCW TCCW
Above Hwalker + No depinning events
All DWs types should be there!!
• Hinj = 20 Oe
Only 2 peaks??!!
VCW
TCW
TCCW
VCCW
1,5
RDW(a.u.)
Number of events
300
1,2
0,9
0,6
0,3
0,0
0
2
4
6
8
0Hinj (mT)
10
12
Results
Number of Events
300
300
250
250
& &
Hinj
20 Oe
200
200
&
150
150
100
100
10
10 Oe
Oe
50
50
0
0
0 Oe
0,0
0,0
0,1
0,1
0,2
0,2
0,3
0,3
• Hinj = 0 Oe
1 peak at 0.20 Ω Unpinned TWs
• Hinj = 10 Oe
1st peak at 0.185 Ω
2nd peak at 0.220 Ω
0.230 Ω
• Hinj = 20 Oe
1 peak
0,4
0,4
Resistance ()
3,0
Micromagnetic Simulations: OOMMF
VCW
TCW
TCCW
VCCW
2,5
RDW(a.u.)
• VCCW TCCW. 360º
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
2
4
6
8
0Hinj (mT)
10
12
Notch
3,0
2,5
RDW (a.u.)
Micromagnetic Simulations: Oommf
• Similar to Square notch.
• TCCW smaller dependency with Hinj
0,19Ω at Hinj =20 Oe
VCW
TCW
TCCW
VCCW
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
2
4
6
8
0H (mT)
inj
10
12
&
&
& &
Conclusions
• Hinj = 0 Oe
TCCW + TCW
Hinj >Hwalker + No depinning events
300
Number of Events
• We have studied the conditions of DW injections that allow selective pinning of different types of DWs.
Hinj
250
20 Oe
200
150
10 Oe
100
50
0 Oe
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Resistance ()
• The apparent absence of some DWs at high or moderate Hinj indicates that AMRs of different DWs gets similar!
• Changing the shape of the notch alters slightly the notch pattern.
• Careful should be taken when associating a value of AMR to a type of DW!!!
Thank you for your attention
TCCW 7.2mT TCCW 7.2mT TCCW 7.2mT TCCW 7.2mT VCW 8 mT
VCCW 8 mT
Mismo tamaño misma AMR
TCW 3.6mT Esto explica los dos picos del triangulo a Hinj=20Oe.
Es el valor de la ARM de la pared justo antes de depinearse. Fact 1
Todo cuadraría si no fuera porque la TCW va a su puta bola básicamente y no puedes decir a campo “a campo alto” para esto porque en teoría a campo alto debería haberse ido. Si te fijas en la tesis de Hayashi, en la imagen de MFM la TC (pag 57) aparece pineada en el centro del notch y no a su derecha como en mis simulaciones. Esto explica que se necesite mas campo para depinearla, en la realidad que en la simulaciones. ¿Porque pasa esto? Se podría argumentar esto con el Stochastic pinning que a campo alto la pared esta mas distorcionada y se pinea mas? Por eso cuando deberia desanclarse sigue pineada, que en la simulaciones no se ve pero en la realidad existe y esta medido. Fact 3