源自手性自旋织构的纳米尺度 Halbach 阵列

Mallinson 提出平面磁性结构中的某些自旋织构可以在牺牲平面一侧磁通量的同时增强另一侧的磁通量，这一构想催生了被称为 Halbach 磁体阵列的永磁体构型。其应用范围涵盖粒子加速器和自由电子激光中的波荡器磁体、电机以及磁悬浮列车，但在微纳尺度自旋电子学器件中利用 Halbach 阵列需要解决低于 100 {\mu}m 尺寸的制备与场计量问题。在本工作中，我们展示了在具有独特畴壁手性的 N\'eel 型畴壁的溅射薄膜中，可以在小至 1 x 1 {\mu}m^2 的区域内获得力矩的 Halbach 构型，并在 12.0 x 0.5 nm 的受控探针 - 样品距离下测量了其杂散场。由于此处的手性由界面 Dyzaloshinkii-Moriya 相互作用决定，场的衰减与放大是该薄膜的固有属性，从而允许基于磁畴的适当定义进行灵活设计。100 nm 宽的天子（skyrmions）展示了此类结构的最小形态，我们对杂散磁场的测量及自旋结构的映射表明，它们将磁场汇聚到由 Dyzaloshinkii-Moriya 相互作用参数 D 的符号所决定的薄膜特定一侧。