Die Gruppe von Prof. Zhang Ying vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat in Zusammenarbeit mit inländischen Universitäten und dem Los Alamos National Laboratory in den Vereinigten Staaten experimentell das stromgetriebene Antiskyrmion-Gleiten beobachtet.
Ihre Arbeit wurde veröffentlicht in Nature Materials April 11.
Magnetische (Anti-)Skyrmionen mit topologisch geschützten Spinstrukturen sind vielversprechend als Informationseinheiten der nächsten Generation in spintronischen Geräten. Die Fähigkeit, (Anti-)Skyrmionen mithilfe elektrischer Ströme zu transportieren, ist für eine hocheffiziente Datenspeicherung und -verarbeitung besonders interessant. Die größte Herausforderung besteht jedoch in der unerwünschten seitlichen Ablenkung zum Probenrand und schließlich in der Vernichtung aufgrund der Magnus-Kraft durch (Anti-)Skyrmion-Hall-Effekte.
Mit der konsequenten Unterstützung von CAS-Mitglied Shen Baogen richtete das Forschungsteam von Prof. Zhang eine spezielle Magnetisierungscharakterisierungsplattform mit fokussierter Ionenstrahlmikroskopie, Lorentz-Transmissionselektronenmikroskopie (L-TEM) und mehreren In-situ-Haltern usw. ein.
Die Plattform ist ein leistungsstarkes Mittel zur direkten Untersuchung topologischer Domänen mit ultrahoher räumlicher Auflösung unter verschiedenen externen Feldern. Die Forscher haben diese Plattform genutzt, um die Erzeugung und Manipulation von Skyrmionen in vielen Arten von Materialien systematisch zu untersuchen und so umfangreiche Erfahrungen zu sammeln.
In dieser Studie demonstrierten die Forscher erfolgreich die geradlinige Dynamik von durch elektrischen Strom angetriebenen Antiskyrmionen bei Raumtemperatur und ohne die Anwesenheit eines externen Magnetfelds in einem Mn1.4Chiraler PtSn-Magnet.
Dieser Erfolg wurde durch die Einbettung von Antiskyrmionen in stark korrelierte helikale Streifendomänen erreicht, im Gegensatz zur üblichen Manipulation topologischer Skyrmionen im ferromagnetischen Hintergrund. Diese Streifendomänen liefern auf natürliche Weise eindimensionale lineare Spuren, entlang derer das Antiskyrmion-Gleiten bei niedrigen Stromdichten und ohne Querablenkung durch den Antiskyrmion-Hall-Effekt initiiert wird.
Den Forschern zufolge lässt sich die höhere Mobilität der Antiskyrmionen im helikalen Streifenhintergrund durch mikromagnetische Simulationen und die kollektive Pinning-Theorie gut verstehen, wodurch zufällige Pinning-Potentiale leicht ausgeblendet werden können.
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Einfluss der Richtung, Dichte und Pulsperiode des elektrischen Stroms auf das entlang der geraden Streifendomäne gleitende Antiskyrmion. Bildnachweis: Institut für Physik
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Merone bei Raumtemperatur gleiten in Streifendomänen bei Nullfeld. Bildnachweis: Institut für Physik
Darüber hinaus kann diese Methode auf die Gleitbewegung von Meronen oder Skyrmionen in Streifendomänen ausgeweitet werden, was ihre allgemeine Anwendbarkeit weiter demonstriert.
Somit bietet die Demonstration und das umfassende Verständnis der Antiskyrmion-Bewegung entlang natürlich gerader Bahnen bei niedrigen Stromdichten bei gleichzeitiger Überwindung der Ablenkung in einem weiten Temperaturbereich und bei einem Magnetfeld von Null eine neue Perspektive für (Anti-)Skyrmion-Anwendungen in der Spintronik.