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Zero-Field Nucleation and Fast Motion of Skyrmions Induced by Nanosecond Current Pulses in a Ferrimagnetic Thin Film
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-07-25 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01038 Yassine Quessab 1 , Jun-Wen Xu 1 , Egecan Cogulu 1 , Simone Finizio 2 , Jörg Raabe 2 , Andrew D Kent 1
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-07-25 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01038 Yassine Quessab 1 , Jun-Wen Xu 1 , Egecan Cogulu 1 , Simone Finizio 2 , Jörg Raabe 2 , Andrew D Kent 1
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Skyrmion racetrack memories are highly attractive for next-generation data storage technologies. Skyrmions are noncollinear spin textures stabilized by chiral interactions. To achieve a fast-operating memory device, it is critical to move skyrmions at high speeds. The skyrmion dynamics induced by spin–orbit torques (SOTs) in the commonly studied ferromagnetic films is hindered by strong pinning effects and a large skyrmion Hall effect causing deflection of the skyrmion toward the racetrack edge, which can lead to information loss. Here, we investigate the current-induced nucleation and motion of skyrmions in ferrimagnetic Pt/CoGd/(W or Ta) thin films. We first reveal field-free skyrmion nucleation mediated by Joule heating. We then achieve fast skyrmion motion driven by SOTs with velocities as high as 610 m s–1 and a small skyrmion Hall angle |θSkHE| ≲ 3°. Our results show that ferrimagnets are better candidates for fast skyrmion-based memory devices with low risk of information loss.
中文翻译：
亚铁磁薄膜中纳秒电流脉冲诱导的 Skyrmions 零场成核和快速运动
Skyrmion 赛道存储器对下一代数据存储技术极具吸引力。Skyrmions 是由手性相互作用稳定的非共线自旋纹理。为了实现快速运行的存储设备，高速移动斯格明子至关重要。在通常研究的铁磁薄膜中由自旋轨道转矩（SOT）引起的斯格明子动力学受到强钉扎效应和大斯格明子霍尔效应的阻碍，导致斯格明子向跑道边缘偏转，这可能导致信息丢失。在这里，我们研究了亚铁磁 Pt/CoGd/（W 或 Ta）薄膜中电流诱导的斯格明子的成核和运动。我们首先揭示了焦耳加热介导的无场斯格明子成核。然后，我们实现了由 SOT 驱动的快速斯格明子运动，速度高达 610 ms –1和一个小的斯格明子霍尔角 |θ SkHE | ≲ 3°。我们的结果表明，铁磁体是基于斯格明子的快速存储设备的更好候选者，并且信息丢失的风险较低。
更新日期：2022-07-25
中文翻译：
亚铁磁薄膜中纳秒电流脉冲诱导的 Skyrmions 零场成核和快速运动
Skyrmion 赛道存储器对下一代数据存储技术极具吸引力。Skyrmions 是由手性相互作用稳定的非共线自旋纹理。为了实现快速运行的存储设备，高速移动斯格明子至关重要。在通常研究的铁磁薄膜中由自旋轨道转矩（SOT）引起的斯格明子动力学受到强钉扎效应和大斯格明子霍尔效应的阻碍，导致斯格明子向跑道边缘偏转，这可能导致信息丢失。在这里，我们研究了亚铁磁 Pt/CoGd/（W 或 Ta）薄膜中电流诱导的斯格明子的成核和运动。我们首先揭示了焦耳加热介导的无场斯格明子成核。然后，我们实现了由 SOT 驱动的快速斯格明子运动，速度高达 610 ms –1和一个小的斯格明子霍尔角 |θ SkHE | ≲ 3°。我们的结果表明，铁磁体是基于斯格明子的快速存储设备的更好候选者，并且信息丢失的风险较低。
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