斯格明子的類型和手性的分辨及密度提高方法

2020-12-04 科學網

論文標題：Determination of chirality and density control of Néel-type skyrmions with in-plane magnetic field

期刊：Communications Physics

作者：Senfu Zhang, Junwei Zhang, Yan Wen, Eugene M. Chudnovsky & Xixiang Zhang

發表時間：2018/07/17

數字識別碼：10.1038/s42005-018-0040-5

原文連結：https://www.nature.com/articles/s42005-018-0040-5?utm_source=Other_website&utm_medium=Website_links&utm_content=RenLi-MixedBrand-multijournal-Multidisciplinary-China&utm_campaign=ORG_USG_JRCN_RL_article_promotion_sciencenet_Sep_3rd

近日《通訊-物理學》發表的一篇名為Determination of chirality and density control of Néel-type skyrmions with in-plane magnetic field的研究，描述了一種通過水平磁場的引入來分辨斯格明子的類型和手性，並提高斯格明子密度的方法。

磁性斯格明子是一種受拓撲保護的手性自旋結構，其主要存在於空間對稱性破缺的磁性塊體材料和多層膜樣品中。根據自旋分布的方式，斯格明子可以分為奈爾型（Néel type）和布洛赫型（Bloch type）兩種，而每種類型的斯格明子又有兩種相反手性的自旋分布。布洛赫型斯格明子的手性可以通過洛倫茲透射電子顯微鏡（L-TEM）圖像中心的亮斑或暗斑非常容易的分辨出來，然而奈爾型斯格明子的手性卻很難分辨。

圖1：不同類型和手性的斯格明子的偏好生長方向與水平磁場的關係。圖源：Zhang等

沙特阿伯杜拉國王科技大學（KAUST）張西祥教授帶領的科研團隊利用L-TEM研究了 [Pt/Co/Ta]n 多層膜結構在傾斜磁場中的磁化反轉過程。首先將樣品飽和磁化，然後在緩慢降低外加磁場的過程中，一些斯格明子逐漸產生並生長為條狀磁疇。有趣的是，該生長過程更傾向於沿著與水平磁場分量相反的方向進行。進一步的微磁學模擬研究表明，在斯格明子中心磁化方向確定的情況下，斯格明子偏好的生長方向與斯格明子的類型和手性直接相關。對於奈爾型的斯格明子，其偏好方向與水平磁場方向平行，然後通過是相同還是反向便可以判斷出其手性。而布洛赫型斯格明子的生長方向則與水平磁場方向垂直。

此外，研究還發現，薄膜樣品中產生的斯格明子的最大密度也可以通過增大水平磁場強度或降低薄膜的均勻度來提高。

圖2：不同角度的傾斜磁場可以產生的斯格明子最大密度的洛倫茲電鏡圖。圖源：Zhang 等

摘要：Magnetic skyrmions are topologically protected nanoscale spin textures exhibiting fascinating physical behaviors. Recent observations of room temperature Néel-type skyrmions in magnetic multilayer films are an important step towards their use in ultra-low power devices. Here, we investigate the magnetization reversal in [Pt/Co/Ta]n multilayer samples under a tilted magnetic field using in-situ Lorentz transmission electron microscopy. On decreasing the magnetic field, individual skyrmions appear to subsequently evolve into snake-like structures growing in the direction opposite to the in-plane magnetic field. We show that this unusual relation between the velocity vector and the magnetic field is dominated by the chirality of the Néel-type skyrmions. It allows one to extract the sign of the Dzyaloshinskii–Moriya constant. We also demonstrate that high concentration of skyrmions can be achieved on increasing the in-plane component of the field or increasing the disorder of the film. Our micromagnetic simulations agree with our experimental results.

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期刊介紹：Communications Physics (https://www.nature.com/commsphys/) is an open access journal from Nature Research publishing high-quality research, reviews and commentary in all areas of physics. Research papers published by the journal represent significant advances bringing new insight to a specialized area of research.

（來源：科學網）

 

 

 

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