利用消失的磁各向异性在低磁场下稳定孤立斯格明子
材料科学
2018-07-04 v1
摘要
斯格明子是受拓扑保护的非共线磁性结构。其源于拓扑特性的稳定性和动力学，使其成为理想的信息载体，例如在赛道存储器中。这种存储器的成功在很大程度上取决于在低磁场下稳定和操控斯格明子的能力。斯格明子形成的驱动力是源于自旋轨道耦合（SOC）的非共线 Dzyaloshinskii-Moriya 交换相互作用（DMI）。它与最近邻 Heisenberg 交换相互作用和磁各向异性竞争，后两者有利于共线态。虽然斯格明子晶格可能会在磁场消失时演化，但迄今为止，在超薄膜中形成孤立斯格明子需要施加高达数 T 的外加磁场。在此，我们展示了在 Ru(0001) 衬底上外延生长的单层（ML）Co 中的孤立斯格明子可以在低至 100 mT 的磁场下稳定。尽管 4d 元素 Ru 中的 SOC 很弱，但利用自旋敏感扫描隧道显微镜（STM）中的隧道各向异性磁电阻效应和各向异性隧道磁电阻效应的组合，可以检测到同手性自旋螺旋基态和孤立斯格明子并进行横向分辨。密度泛函理论（DFT）计算证实了这些手性磁结构，尽管起稳定作用的 DMI 相互作用很弱。我们发现，关键因素是该系统中磁晶各向异性的缺失，这使得非共线态能够在弱 SOC 下演化，从而为 5d 元素以外的材料提供了广泛的选择。
引用
@article{arxiv.1707.08519,
title = {Stabilizing isolated skyrmions at low magnetic fields exploiting vanishing magnetic anisotropy},
author = {Marie Hervé and Bertrand Dupé and Rafael Lopes and Marie Böttcher and Maximiliano D. Martins and Timofey Balashov and Lukas Gerhard and Jairo Sinova and Wulf Wulfhekel},
journal= {arXiv preprint arXiv:1707.08519},
year = {2018}
}