Prof. Zhang Yings grupp från Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences (CAS), i samarbete med inhemska universitet och Los Alamos National Laboratory i USA, har experimentellt observerat strömdriven antiskyrmion glidning.
Deras arbete publicerades i Nature Materials den 11 april.
Magnetiska (anti)skyrmioner med topologiskt skyddade spinnstrukturer är lovande som nästa generations informationsenheter i spintroniska enheter. Möjligheten att transportera (anti)skyrmioner med hjälp av elektriska strömmar är särskilt intressant för högeffektiv datalagring och bearbetning. De stora utmaningarna är dock oönskad sidoavböjning mot provkanten och eventuell förintelse på grund av Magnus-kraften från (anti)skyrmion Hall-effekter.
Under konsekvent stöd av CAS-medlemmen Shen Baogen etablerade Prof. Zhangs forskargrupp en dedikerad magnetiseringskarakteriseringsplattform med fokuserad jonstrålemikroskopi, Lorentz Transmission Electron Microscopy (L-TEM) och flera in-situ-hållare, etc.
Plattformen är ett kraftfullt sätt att direkt studera topologiska domäner med ultrahög rumslig upplösning under olika yttre fält. Forskarna har använt denna plattform för att systematiskt studera generering och manipulation av skyrmioner i många typer av material, och på så sätt samlat på sig rik erfarenhet.
I denna studie demonstrerade forskarna framgångsrikt den raka glidningsdynamiken hos elektriska strömdrivna antiskyrmioner vid rumstemperatur och utan närvaro av ett externt magnetfält i en Mn1.4 PtSn kiral magnet.
Denna prestation uppnåddes genom att bädda in antiskyrmioner i starkt korrelerade spiralformade domäner, i motsats till den vanliga manipulationen av topologiska skyrmioner i den ferromagnetiska bakgrunden. Dessa randdomäner ger naturligtvis endimensionella linjära spår, längs vilka antiskyrmionglidning initieras vid låga strömtätheter och utan tvärgående avböjning av antiskyrmion Hall-effekten.
Enligt forskarna kan den högre rörligheten hos antiskyrmionerna i den spiralformade randbakgrunden förstås väl genom mikromagnetiska simuleringar och kollektiv pinning-teori, vilket gör att slumpmässiga pinning-potentialer lätt kan tonas ut.
Dessutom kan denna metod utvidgas till glidande rörelse av meroner eller skyrmioner i randdomäner, vilket ytterligare visar dess allmänna tillämpbarhet.
Således erbjuder demonstrationen och den omfattande förståelsen av antiskyrmions rörelse längs naturligt raka spår vid låga strömtätheter, samtidigt som den övervinner avböjning under ett brett temperaturområde och noll magnetfält, ett nytt perspektiv för (anti)skyrmiontillämpningar inom spintronik.
Mer information: Zhidong He et al, Experimentell observation av strömdriven antiskyrmionglidning i randdomäner, Naturmaterial (2024). DOI:10.1038/s41563-024-01870-8
Journalinformation: Naturmaterial
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
