在过渡金属多层膜中由自旋螺旋工程化 skyrmion
材料科学
2024-12-23 v2
摘要
具有拓扑保护场构型及类粒子特性的skyrmion在科学的诸多领域中发挥重要作用。我们当前的研究聚焦于在4d/Fe/Ir(111)（4d = Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh）磁性多层膜中由自旋螺旋生成skyrmion。此处我们研究4d过渡金属对源于4d/Fe/Ir(111)多层膜界面破缺反演对称性的各向同性海森堡交换和反对称Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的影响。我们发现由于Fe-3d层与4d及Ir-5d层的杂化导致强交换阻挫，并随4d过渡金属的带填充效应而改变。我们通过阐明Fe-3d轨道各向同性交换相互作用的轨道分解来加强交换阻挫的分析。我们的自旋动力学与蒙特卡洛模拟表明，4d/Fe/Ir(111)过渡多层膜的磁基态为ab面内周期为1至2.5 nm、由Fe原子磁矩产生并沿a方向传播的自旋螺旋。Y/Fe/Ir(111)中的螺旋波长远大于Rh/Fe/Ir(111)。为调控4d/Fe/Ir(111)中的skyrmion相，我们研究了施加不同外磁场下4d/Fe/Ir(111)过渡多层膜的磁基态。约12 T的渐增外磁场使自旋螺旋形变为孤立skyrmion，并在Rh/Fe/Ir(111)中约18 T附近翻转为skyrmion晶格相。我们的研究预测Rh/Fe/Ir(111)中磁性skyrmion相对热涨落的稳定性可达温度T ≤ 90 K。
引用
@article{arxiv.2309.10752,
title = {Engineering skyrmion from spin spiral in transition metal multilayers},
author = {Banasree Sadhukhan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.10752},
year = {2024}
}