Co/Pt基多层膜中FM-/AFM-耦合斯格明子的材料体系
材料科学
2020-09-23 v2
摘要
基于密度泛函理论的系统性第一性原理计算，我们寻找能够承载反铁磁耦合斯格明子的合适材料。我们聚焦于fcc堆垛的(111)取向金属/Co/Pt (系列：YPd，贵金属：Cu、Ag、Au，后贵金属：Zn和Cd)单原子厚度薄膜磁多层膜。我们给出磁性质的定量趋势：磁矩、层间交换耦合、自旋刚度、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、磁各向异性以及临界温度。我们表明部分元素(Zn、Y、Zr、Nb、Tc、Ru、Rh和Cd)可在磁性Co层间诱导反铁磁层间耦合，并影响易磁化轴。采用多尺度方法，我们将由 确定的微磁参数转移到微磁能量泛函中，并寻找一维自旋螺旋解和二维斯格明子。我们通过数值求解斯格明子轮廓方程确定斯格明子半径。我们找到了一个斯格明子半径的解析表达式，其涵盖我们的数值结果，并在大范围微磁参数下有效。基于该表达式我们提出一个模型，可将单原子薄膜的 结果外推至由若干原子层Co膜组成的、含nm斯格明子的多层膜。我们发现厚度区间中薄膜厚度的微小变化可使斯格明子半径改变数个数量级。我们估算了斯格明子尺寸随温度的变化，发现从低温到室温尺寸可轻易翻倍。我们提出了用于铁磁和反铁磁耦合自旋螺旋及斯格明子体系的有前景材料系统。
引用
@article{arxiv.2007.03487,
title = {Material systems for FM-/AFM-coupled skyrmions in Co/Pt-based multilayers},
author = {Hongying Jia and Bernd Zimmermann and Markus Hoffmann and Moritz Sallermann and Gustav Bihlmayer and Stefan Blügel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.03487},
year = {2020}
}
备注
18 pages, 7 figures