Research Abstract

時間分解X線顕微鏡法により直接観測された単一の磁気スキルミオンの決定論的な生成と消去

Deterministic creation and deletion of a single magnetic skyrmion observed by direct time-resolved X-ray microscopy

2018年5月14日 Nature Electronics 1 : 5 doi: 10.1038/s41928-018-0070-8 (2018)
時間分解X線顕微鏡法により直接観測された単一の磁気スキルミオンの決定論的な生成と消去
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磁気スキルミオンを用いたスピントロニクスデバイスは、そのナノメートルのサイズ、トポロジカルに保護される安定性、および効率的に電流駆動される動力学から、次世代メモリへの応用が有望視されている。最近になって室温での磁気スキルミオンが発見されて以来、磁気トラック上での電流駆動によるスキルミオン変位や、電流パルス駆動によるスキルミオン生成が報告されている。しかし、室温での単一のスキルミオンの制御された消滅は確認されていない。今回我々は、デバイスと相性の良いストリップライン構造を有するフェリ磁性GdFeCo膜中において、単一の孤立したスキルミオンを室温で決定論的に書き込み消去できることを実証する。この過程は、スピン-軌道トルクを誘起する電流パルスを当てることにより駆動され、時間分解ナノスケールX線撮像法を用いて直接観測される。我々は、効率的で決定論的な書き込みと消去の過程に用いる電流パルスプロファイルを与える。また、微細磁気シミュレーションを用いて、この過程で生じるトポロジカルな揺らぎの微視的機構も明らかにする。

Seonghoon Woo, Kyung Mee Song, Xichao Zhang, Motohiko Ezawa, Yan Zhou, Xiaoxi Liu, Markus Weigand, Simone Finizio, Jörg Raabe, Min-Chul Park, Ki-Young Lee, Jun Woo Choi, Byoung-Chul Min, Hyun Cheol Koo and Joonyeon Chang

Corresponding Author

Seonghoon Woo
KAIST

Spintronic devices based on magnetic skyrmions are a promising candidate for next-generation memory applications due to their nanometre size, topologically protected stability and efficient current-driven dynamics. Since the recent discovery of room-temperature magnetic skyrmions, there have been reports of current-driven skyrmion displacement on magnetic tracks and demonstrations of current pulse-driven skyrmion generation. However, the controlled annihilation of a single skyrmion at room temperature has remained elusive. Here we demonstrate the deterministic writing and deleting of single isolated skyrmions at room temperature in ferrimagnetic GdFeCo films with a device-compatible stripline geometry. The process is driven by the application of current pulses, which induce spin–orbit torques, and is directly observed using a time-resolved nanoscale X-ray imaging technique. We provide a current pulse profile for the efficient and deterministic writing and deleting process. Using micromagnetic simulations, we also reveal the microscopic mechanism of the topological fluctuations that occur during this process.

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