De groep van prof. Zhang Ying van het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft, in samenwerking met binnenlandse universiteiten en het Los Alamos National Laboratory in de Verenigde Staten, experimenteel het door stroom aangedreven antiskyrmion-verschuiving waargenomen.
Hun werk werd gepubliceerd in Natuur materialen op april 11.
Magnetische (anti)skyrmionen met topologisch beschermde spinstructuren zijn veelbelovend als informatie-eenheden van de volgende generatie in spintronische apparaten. De mogelijkheid om (anti)skyrmionen te transporteren met behulp van elektrische stromen is vooral interessant voor zeer efficiënte gegevensopslag en -verwerking. De grootste uitdagingen zijn echter de ongewenste laterale afbuiging naar de rand van het monster en de uiteindelijke vernietiging als gevolg van de Magnus-kracht van (anti)skyrmion Hall-effecten.
Onder de consistente steun van CAS-lid Shen Baogen heeft het onderzoeksteam van prof. Zhang een speciaal platform voor magnetisatiekarakterisering opgezet met gefocuste ionenbundelmicroscopie, Lorentz-transmissie-elektronenmicroscopie (L-TEM) en meerdere in-situ houders, enz.
Het platform is een krachtig middel om topologische domeinen met ultrahoge ruimtelijke resolutie onder verschillende externe velden rechtstreeks te bestuderen. De onderzoekers hebben dit platform gebruikt om systematisch de generatie en manipulatie van skyrmionen in vele soorten materialen te bestuderen, waardoor ze rijke ervaring hebben opgebouwd.
In deze studie hebben de onderzoekers met succes de rechtlijnige dynamiek van door elektrische stroom aangedreven antiskyrmionen aangetoond bij kamertemperatuur en zonder de aanwezigheid van een extern magnetisch veld in een Mn1.4PtSn chirale magneet.
Deze prestatie werd gerealiseerd door antiskyrmionen in te bedden in sterk gecorreleerde spiraalvormige streepdomeinen, in tegenstelling tot de gebruikelijke manipulatie van topologische skyrmionen in de ferromagnetische achtergrond. Deze streepdomeinen bieden op natuurlijke wijze eendimensionale lineaire sporen, waarlangs antiskyrmion-verschuiving wordt geïnitieerd bij lage stroomdichtheden en zonder transversale afbuiging door het antiskyrmion Hall-effect.
Volgens de onderzoekers kan de hogere mobiliteit van de antiskyrmionen in de spiraalvormige streepachtergrond goed worden begrepen door middel van micromagnetische simulaties en collectieve pinning-theorie, waardoor willekeurige pinning-potentialen gemakkelijk kunnen worden vervaagd.
-
Invloed van elektrische stroomrichting, dichtheid en pulsperiode op het antiskyrmion dat langs het rechte streepdomein glijdt. Krediet: Instituut voor Natuurkunde
-
Meronen op kamertemperatuur glijden in streepdomeinen bij nulveld. Krediet: Instituut voor Natuurkunde
Bovendien kan deze methode worden uitgebreid tot de glijdende beweging van meronen of skyrmions in streepdomeinen, wat de algemene toepasbaarheid ervan verder aantoont.
De demonstratie en het uitgebreide begrip van de beweging van antiskyrmionen langs natuurlijk rechte sporen bij lage stroomdichtheden, terwijl de afbuiging onder een breed temperatuurbereik en een magnetisch veld van nul wordt overwonnen, biedt dus een nieuw perspectief voor (anti)skyrmion-toepassingen in de spintronica.