[論文レビュー] Advances in the Physics of Magnetic Skyrmions and Perspective for Technology

A. Fert, Nicolas Reyren+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2017

Magnetic properties of thin films参考文献 89被引用数 581

ひとこと要約

磁気 Skyrmions に関するレビューは、トポロジカル保護、薄膜/多層における室温安定化、将来のデバイスプロトタイプのための電流駆動操作に焦点を当てる。

ABSTRACT

Magnetic skyrmions are small swirling topological defects in the magnetization texture stabilized by the protection due to their topology. In most cases they are induced by chiral interactions between atomic spins existing in non-centrosymmetric magnetic compounds or in thin films in which inversion symmetry is broken by the presence of an interface. The skyrmions can be extremely small with diameters in the nanometer range and, importantly, they behave as particles that can be moved, created or annihilated, making them suitable for abacus-type applications in information storage, logic or neuro-inspired technologies. Up to the last years skyrmions were observed only at low temperature (and in most cases under large applied fields) but important efforts of research has been recently devoted to find thin film and multilayered structures in which skyrmions are stabilized above room temperature and manipulated by current. This article focuses on these recent advances on the route to devices prototypes.

研究の動機と目的

• Skyrmions がキラル相互作用と反転対称性の破れからどのように生じるかを説明する。
• 薄膜と多層構造における室温でのナノスケールSkyrmionsの安定化への最近のルートを要約する。
• Skyrmions を情報保存、論理、ニューロモルフィック応用のためにどのように作成され、移動させ、消滅させることができるかを論じる。
• Skyrmions を機能的ビットとして用いるデバイスプロトタイプに向けた課題と展望を概説する。

提案手法

• Skyrmions のトポロジー的性質と安定化メカニズムを説明する。
• 室温でのSkyrmionsを支える材料プラットフォーム（薄膜、 multilayers）をレビューする。
• Skyrmions の電流駆動操作とその操作メカニズムを説明する。
• Skyrmion の移動性と安定性を活用するデバイス概念（アバカス型情報保存、論理、ニューロモルフィック技術）を論じる。
• 実用的なSkyrmion ベースのデバイスへ向けた残存する科学技術的課題を要約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非対称磁性体や界面系でSkyrmionsを安定化させる物理メカニズムは何か。
• RQ2 デバイス統合に適した室温Skyrmionsを可能にする材料アーキテクチャは何か。
• RQ3 Skyrmionsを電気回路で信頼性高く作成、移動、消滅させるにはどうすればよいか。
• RQ4 Skyrmionベースの情報技術のプロトタイプへ向けた主な技術的課題とロードマップは何か。

主な発見

• Skyrmions はナノスケールの、トポロジー的に保護されたスピンテクスチャで、キラル相互作用によって安定化する。
• 最近の研究は薄膜や多層構造で室温安定化を示している。
• Skyrmions は可動・作成・消滅が可能な粒子として振る舞い、アバカス型の情報処理を実現できる。
• Skyrmions の電流駆動操作は実用デバイスへ向けた中核的ルートである。
• 本論はSkyrmionsを基盤とするデバイス技術へのプロトタイプと経路を論じ、現在の課題を強調する。