[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种通过在手性条带畴上施加电流来生成磁性斯kyrmion的机制，该条带畴在其末端具有半skyrmion。电流驱动这些半skyrmion运动，导致畴弯曲或拉伸；强弯曲可高效生成完整skyrmion，而拉伸则需要非均匀电流，因此弯曲是更有效的方法。

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.

研究动机与目标

• 理解实验观察中通过电流驱动切割手性条带畴生成skyrmion的机制。
• 研究位于条带畴末端的半skyrmion的拓扑荷在其在电流作用下的动力学行为中的影响。
• 比较在电流驱动下，条带畴的弯曲与拉伸在生成完整skyrmion方面的效率。
• 确定skyrmion生成最有效的条件，特别是电流均匀性的作用。

提出的方法

• 使用自旋动力学模拟方法，模拟在电场作用下手性条带畴的动力学行为。
• 建立skyrmion拓扑荷与电流驱动自旋转移力矩之间的耦合模型。
• 追踪位于条带畴末端的半skyrmion在该耦合作用下的运动行为。
• 根据半skyrmion运动方向，分析畴的形变行为（弯曲或拉伸）。
• 改变电流大小与均匀性，评估其对skyrmion生成效率的影响。
• 比较强弯曲与拉伸条带畴在skyrmion生成中的结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 位于手性条带畴末端的半skyrmion在电场作用下如何响应？
• RQ2 半skyrmion的拓扑荷在其电流驱动运动中起什么作用？
• RQ3 为何在条带畴中弯曲比拉伸更高效地生成skyrmion？
• RQ4 在何种电流条件下skyrmion生成最有效——均匀电流还是非均匀电流？
• RQ5 是什么决定了从畴形变到实际skyrmion形成的转变？

主要发现

• 位于手性条带畴末端的半skyrmion由于其拓扑荷的存在，在电流作用下发生运动，从而驱动畴的形变。
• 条带畴的弯曲是比拉伸更高效的skyrmion生成机制。
• 通过拉伸条带畴来生成skyrmion需要非均匀电流，限制了其实际可行性。
• 强电流诱导的弯曲可有效实现畴的剪切，从而形成孤立的skyrmion。
• 半skyrmion运动的方向决定了畴是发生弯曲还是拉伸。
• 通过弯曲生成skyrmion具有鲁棒性，且不依赖于电流的非均匀性，而拉伸则相反。