Магнітні хіральні солітони в тонкоплівковому наноконтакті з електричним струмом, стабілізовані полем Ерстеда
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe64.10.933Ключові слова:
skyrmion, Oersted field, nanocontactАнотація
Статичнi магнiтнi солiтони в тонкiй плiвцi, такi як скiрмiон, являють собою метастабiльнi стани, якi можуть бути стабiлiзованi за допомогою балансу обмiнної взаємодiї i рiзних релятивiстських взаємодiй. Одним з найбiльш ефективних стабiлiзуючих членiв є антисиметричний обмiн поряд з iншими, такими як магнiтостатичнi взаємодiї в обмежених структурах, а також у наноконтактi iз струмом на тонкiй феромагнiтнiй плiвцi. В данiй статтi дослiджено вплив струму наноконтакту на енергiю як топологiчних (T-типу), так i нетопологiчних (NT-типу) солiтонiв. Без антисиметричної обмiнної взаємодiї поле Ерстеда наноконтакту може стабiлiзувати обидва типи солiтонiв, NT-солiтони є основним станом. При наявностi антисиметричного обмiну виникає критичний струм наноконтакту, при якому T-солiтон стає основним станом.
Посилання
A. Fert, N. Reyren, V. Cros.Magnetic skyrmions: advances in physics and potential applications. Nat. Rev. Mater. 2, 17031 (2017). https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.31
L. Liu, C.-T. Chen, J.Z. Sun. Spin Hall effect tunnelling spectroscopy. Nat. Phys. 10, 561 (2014). https://doi.org/10.1038/nphys3004
X.Z. Yu, N. Kanazawa, W.Z. Zhang, T. Nagai, T. Hara, K. Kimoto, Y.Matsui, Y. Onose, Y. Tokura. Skyrmion flow near room temperature in an ultralow current density. Nat. Comm. 3, 988 (2012). https://doi.org/10.1038/ncomms1990
F. Jonietz, S. Muhlbauer, C. Pfleiderer, A. Neubauer, W. Munzer, A. Bauer, T. Adams, R. Georgii, P. Boni, R.A. Duine, K. Everschor, M. Garst, A. Rosch. Spin Transfer Torques in MnSi at Ultralow Current Densities. Science 330, 1648 (2010). https://doi.org/10.1126/science.1195709
J. Iwasaki, M. Mochizuki, N. Nagaosa. Current-induced skyrmion dynamics in constricted geometries. Nat. Nanotechnol. 8, 742 (2013). https://doi.org/10.1038/nnano.2013.176
K. Litzius, I. Lemesh, B. Kruger, P. Bassirian, L. Caretta, K. Richter, F. Buttner, K. Sato, O.A. Tretiakov, J. F? orster, R.M. Reeve, M. Weigand, I. Bykova, H. Stoll, G. Schulz, G.S.D. Beach, M. Klaui. Skyrmion Hall effect revealed by direct time-resolved X-ray microscopy. Nat. Phys. 13, 170 (2017). https://doi.org/10.1038/nphys4000
A.A. Belavin, A.M. Polyakov. Metastable states of two-dimensional isotropic ferromagnets. JETP Lett. 22, 245 (1975).
A.S. Kovalev, A.M. Kosevich, K.V. Maslov. Magnetic vortex - topological soliton in a ferromagnet with an easy-axis anisotropy. JETP Lett. 30, 296 (1979).
V.P. Voronov, B.A. Ivanov, A.M. Kosevich. Two-dimensional dynamic (topological) solitons in ferromagnets Zh. Eksp. Teor. Fiz. 84, 2235 (1983).
B.A. Ivanov, V.A. Stefanovich. Two-dimensional small-radius solitons in magnets. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 91, 638 (1986).
D.D. Sheka, B.A. Ivanov, F.G. Mertens. Internal modes and magnon scattering on topological solitons in two-dimensional easy-axis ferromagnets. Phys. Rev. B 64, 024432 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.024432
A.M. Kosevich, B.A. Ivanov, A.S. Kovalev. Magnetic Solitons. Phys. Rep. 194, 117 (1990). https://doi.org/10.1016/0370-1573(90)90130-T
Y. Zhou, E. Iacocca, A.A. Awad, R.K. Dumas, F.C. Zhang, H.B. Braun, J. Akerman. Dynamically stabilized magnetic skyrmions. Nat. Comm. 6, 8193 (2015). https://doi.org/10.1038/ncomms9193
A.N. Bogdanov, D.A. Yablonskii. Thermodynamically stable "vortices" in magnetically ordered crystals. The mixed state of magnets. Sov.Phys. JETP 95, 178 (1989).
B.A. Ivanov, V.A. Stephanovich, A.A. Zhmudskii. Magnetic vortices: The microscopic analogs of magnetic bubbles. J. Magn. Magn. Mater. 88, 116 (1990). https://doi.org/10.1016/S0304-8853(97)90021-4
S. Muhlbauer, B. Binz, F. Jonietz, C. Pfleiderer, A. Rosch, A. Neubauer, R. Georgii, P. Boni. Skyrmion Lattice in a Chiral Magnet. Science 323, 915 (2009). https://doi.org/10.1126/science.1166767
X.Z. Yu, Y. Onose, N. Kanazawa, H.H. Park, J.H. Han, Y. Matsui, N. Nagaosa, Y. Tokura. Real-space observation of a two-dimensional skyrmion crystal. Nature 465, 901 (2010). https://doi.org/10.1038/nature09124
X.Z. Yu, N. Kanazawa, Y. Onose, K. Kimoto, W.Z. Zhang, S. Ishiwata, Y. Matsui, Y. Tokura. Near room-temperature formation of a skyrmion crystal in thin-films of the heli-magnet FeGe. Nat. Mater. 10, 106 (2011). https://doi.org/10.1038/nmat2916
Ar. Abanov, V.L. Prokovsky. Skyrmion in a real magnetic film. Phys. Rev. B 58, R8889(R) (1998). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.R8889
A.V. Bezvershenko, A.K. Kolezhuk, B.A. Ivanov. Stabilization of magnetic skyrmions by RKKY interactions. Phys. Rev. B 97, 054408 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.054408
M. Ezawa. Giant Skyrmions Stabilized by Dipole-Dipole Interactions in Thin Ferromagnetic Films. Phys. Rev. Lett. 105, 197202 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.197202
Y.Y. Dai, H. Wang, P. Tao, Y. Yang, W.J. Ren, Z.D. Zhang. Skyrmion ground state and gyration of skyrmions in magnetic nanodisks without the Dzyaloshinsky-Moriya interaction. Phys. Rev. B 88, 054403 (2013). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.054403
M. Schott, A. Bernand-Mantel, L. Ranno, S. Pizzini, J. Vogel, H. B?ea, C. Baraduc, S. Auffret, G. Gaudin, and D. Givord. The Skyrmion Switch: Turning Magnetic Skyrmion Bubbles on and off with an Electric Field Nano Lett. 17, 3006 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b00328
A. Bernand-Mantel, L. Camosi, A. Wartelle, N. Rougemaille, M. Darques, L. Ranno. The skyrmion-bubble transition in a ferromagnetic thin film. SciPost Phys. 4, 027 (2018). https://doi.org/10.21468/SciPostPhys.4.5.027
V.P. Kravchuk, D.D. Sheka, A. Kakay, O.M. Volkov, U.K. R?obler, J. van den Brink, D. Makarov, Y. Gaididei. Multiplet of Skyrmion States on a Curvilinear Defect: Reconfigurable Skyrmion Lattices. Phys. Rev. Lett. 120, 067201 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.067201
R.V. Verba, D. Navas, A. Hierro-Rodriguez, S.A. Bunyaev, B.A. Ivanov, K.Y. Guslienko, G.N. Kakazei. Overcoming the limits of vortex formation in magnetic nanodots by coupling to antidot matrix. Phys. Rev. Applied 10, 031002 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.031002
D. Navas, R.V. Verba, A. Hierro-Rodriguez, S.A. Bunyaev, X. Zhou, A.O. Adeyeye, B.A. Ivanov, K.Y. Guslienko, G.N. Kakazei. Route to form skyrmions in soft magnetic films. APL Mater. 7, 081114 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5093371
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
