具有多费米子拓扑的低能域壁拉克轨道
材料科学
2025-07-18 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
传统的拉克轨道存储器通过自旋极化电流推动磁性域壁或其他自旋纹理来传输信息，但伴随的焦耳热会增加能耗，并可能阻碍规模化。在本文中，我们提出了一种由电压控制的磁性-电阻性拉克轨道，其中横向电场在室温下将耦合的铁电-反磁性域壁沿着 BiFeO3 纳米条推进。由于该轨道上没有电荷通过，开关能耗比最有效的自旋扭矩器件低几个数量级，而且在纳米尺度上更具吸引力。我们进一步发现，在 BiFeO3 的域壁处会出现非共线拓扑磁性-电阻性纹理，其这些拓扑结构的性质会影响其在平移过程中的稳定性。其中包括极性双孔子和极性顶点，这些磁性-电阻性纹理与磁性旋道错位相耦合，并观察到此前未观察到的拓扑磁性旋道扭曲拓扑结构。我们观察到域壁速度至少可达每秒数公里——相当于或超过最快的铁磁性和反磁性拉克轨道，接近 BiFeO3 的声学声子极限，同时在数十微米范围内保持这些拓扑结构。该高速、低能耗的拉克轨道在无热负担下实现纳秒级访问时间，为实现稠密、超低功耗拉克轨道器件指明了道路，这类器件依赖于自旋纹理的平移。
引用
@article{arxiv.2507.12633,
title = {Low-energy domain wall racetracks with multiferroic topologies},
author = {Arundhati Ghosal and Alexander Qualls and Yousra Nahas and Shashank Ojha and Peter Meisenheimer and Shiyu Zhou and Maya Ramesh and Sajid Husain and Julia Mundy and Darrell Schlom and Zhi Yao and Sergei Prokhorenko and Laurent Bellaiche and Ramamoorthy Ramesh and Paul Stevenson and Lucas Caretta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.12633},
year = {2025}
}