反称 ultrathin 磁性双层板中最优 skyrmion 稳定性

我们展示了基于常规过渡金属材料的 ultrathin 交换解耦反称磁性双层板的 stray-field 中介 skyrmion 稳定能力。利用在 ultrathin 薄膜极限下有效的渐近精确 micromagnetic 模型，我们表明，双层板的反称调制允许 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用和偶极相互作用协同作用以稳定 skyrmion，与单层情况不同，后者中这些能量相互竞争。为获得这些 skyrmion 相对于坍塌和爆裂两种基本过程的最优稳定性——决定 skyrmion 寿命的两个过程——我们对分离 skyrmion 与去磁化态的鞍点解进行渐近分析。结果是在有效 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用强度和有效薄膜厚度的非维数参数空间中，获得了紧凑型 skyrmion 的最优稳定性线。我们的预测经大规模 micromagnetic 模拟（使用 Pt/Co/AlO$_x$ 系统的磁性参数）得到确认。我们的结果为观察具有信息技术应用兼容寿命的 10 nm 半径零场 skyrmion 提供了新的途径。