[論文レビュー] Generation of skyrmions by chopping magnetic chiral stripe domains with an electric current

Shi‐Zeng Lin|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

Magnetic properties of thin films被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、半スカイリオンを有する端部を持つキラルストライプドメインに電流を印加することでスカイリオンを生成するメカニズムを提案している。電流によりこれらの半スカイリオンが移動し、ドメインが曲がったり伸びたりする。強い曲げは全スカイリオンを効率的に生成するが、伸びは不均一な電流を必要とし、曲げがより効果的な方法である。

ABSTRACT

Motivated by the recent experimental observations on the skyrmion creation by cutting chiral stripe domains under a current drive [Jiang {\emph{et al.}}, Science {\bf{349}}, 283 (2015)], we study the mechanism of skyrmion generation by simulating the dynamics of stripe domains. Our theory for skyrmion generation is based on the fact that there are two half skyrmions attached to the ends of a stripe domain. These half skyrmions move due to the coupling between skyrmion topological charge and current. As a consequence, the stripe domain is bended or stretched depending on the direction of motion of the half skyrmions. For a large current, skyrmions are created by chopping the stripe domains via strong bending or stretching. We show that skyrmion generation through bending is more efficient than stretching the stripe domains, which also requires an inhomogeneous current.

研究の動機と目的

• キラルストライプドメインの電流駆動によるカットによって観測されるスカイリオン生成のメカニズムを理解すること。
• ストライプドメインの端に存在する半スカイリオンの位相的電荷が、電流の流れ下での運動に与える影響を調査すること。
• 電流駆動下での全スカイリオン生成において、ドメインの曲げと伸びの効率を比較すること。
• 特に電流の一様性の役割を含め、スカイリオン生成が最も効果的となる条件を特定すること。

提案手法

• マイクロ磁気モデルを用いて、印加電流下でのキラルストライプドメインの動的挙動をシミュレートする。
• スカイリオンの位相的電荷と電流駆動スピン転送トルクとの結合をモデル化する。
• この結合に起因するストライプドメイン端部に位置する半スカイリオンの運動を追跡する。
• 半スカイリオンの運動方向に基づき、ドメイン変形（曲げまたは伸び）を分析する。
• 電流の大きさと一様性を変化させ、スカイリオン生成効率への影響を評価する。
• スカイリオン生成の観点から、強い曲げと伸びの結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キラルストライプドメインの端に存在する半スカイリオンは、電流に対してどのように応答するか？
• RQ2 半スカイリオンの位相的電荷は、その電流駆動下の運動にどのような役割を果たすか？
• RQ3 なぜストライプドメインにおけるスカイリオン生成において、曲げが伸びよりも効率的なのか？
• RQ4 スカイリオン生成が最も効果的となる電流条件は何か—一様な電流か不均一な電流か？
• RQ5 ドメイン変形から実際にスカイリオンが生成される条件は何か？

主な発見

• キラルストライプドメインの端に存在する半スカイリオンは、その位相的電荷のおかげで電流の影響を受けて移動し、ドメイン変形を引き起こす。
• ドメインの曲げは、伸びよりもスカイリオン生成においてより効率的なメカニズムである。
• ストライプドメインを伸びさせることでスカイリオンを生成するには不均一な電流が必要であり、実用的実装に制限をもたらす。
• 強い電流誘発曲げによりドメインが効果的に切断され、孤立したスカイリオンが形成される。
• 半スカイリオンの運動方向が、ドメインが曲がるか伸びるかを決定する。
• 曲げによるスカイリオン生成は、不均一な電流に依存しないという点で頑健であり、伸びとは対照的である。