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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2411.19698 (cond-mat)
[提交于 2024年11月29日 ]

标题: 在合成反铁磁多层结构中杂化手性自旋管的非互易Skyrmion霍尔效应观测

标题: Observation of a non-reciprocal skyrmion Hall effect of hybrid chiral skyrmion tubes in synthetic antiferromagnetic multilayers

Authors:Takaaki Dohi, Mona Bhukta, Fabian Kammerbauer, Venkata Krishna Bharadwaj, Ricardo Zarzuela, Aakanksha Sud, Maria-Andromachi Syskaki, Duc Minh Tran, Sebastian Wintz, Markus Weigand, Simone Finizio, Jörg Raabe, Robert Frömter, Jairo Sinova, Mathias Kläui
摘要: 超越二维自旋涡旋的磁性材料中的拓扑自旋结构引起了对超越CMOS技术的电子学的关注。 特别是,三维(3D)拓扑自旋结构由于预期的复杂非线性动力学以及高静态和动态热稳定性而具有前景。 在多层异质结构中,混合手性自旋管是一个三维拓扑自旋结构的著名例子,表现出沿厚度方向的有趣的手性转变。 这种转变从左旋向右旋的Néel型手性发展,经过一个布洛赫型中间状态。 这种奇特的自旋构型可能表现出与具有均匀手性的常见自旋管不同的动力学特性;然而,这些动力学至今尚未确定。 在这里,我们揭示了在合成反铁磁(SyAFM)多层结构中,由混合手性自旋管结构引起的电流诱导动力学的独特特征。 显著的是,SyAFM混合手性自旋管在流动区域表现出非对称的自旋霍尔效应。 这种非对称性甚至可以通过SyAFM系统中的磁补偿程度进行调节。 我们的理论模型定性地证实,这种非对称性源于自旋管在电流诱导运动过程中自旋螺旋性的动态振荡。 这些发现强调了这些复杂自旋管内部自由度在其电流诱导动力学中的关键作用。
摘要: Topological spin textures in magnetic materials beyond two-dimensional skyrmions have attracted attention for electronics beyond CMOS technologies. In particular, three-dimensional (3D) topological spin textures are promising due to the expected complex non-linear dynamics as well as high static and dynamic thermal stability. In multilayer heterostructures, a hybrid chiral skyrmion tube is a well-known example of a 3D topological spin texture, exhibiting an intriguing chirality transition along the thickness direction. This transition progresses from left-handed to right-handed N\'eel-type chirality, passing through a Bloch-type intermediate state. Such an exotic spin configuration potentially exhibits distinctly different dynamics from that of the common skyrmion tube that exhibits a homogeneous chirality; yet these dynamics have not been ascertained so far. Here we reveal the distinct features of current-induced dynamics that result from the hybrid chiral skyrmion tube structure in synthetic antiferromagnetic (SyAFM) multilayers. Strikingly, the SyAFM hybrid chiral skyrmion tubes exhibit a non-reciprocal skyrmion Hall effect in the flow regime. The non-reciprocity can even be tuned by the degree of magnetic compensation in the SyAFM systems. Our theoretical modeling qualitatively corroborates that the non-reciprocity stems from the dynamic oscillation of skyrmion helicity during its current-induced motion. The findings highlight the critical role of the internal degrees of freedom of these complex skyrmion tubes for their current-induced dynamics.
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2411.19698 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2411.19698v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.19698
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Takaaki Dohi [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 11 月 29 日 13:39:26 UTC (1,662 KB)
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