Voltage control of skyrmions: Creation, annihilation, and zero-magnetic field stabilization

空中骑兵 凝聚态物理 自旋电子学 电压 物理 成核 磁场 材料科学 铁磁性 量子力学 热力学
作者
Yifan Zhou,Rhodri Mansell,Sebastiaan van Dijken
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:118 (17) 被引量:21
标识
DOI:10.1063/5.0047892
摘要

Voltage manipulation of skyrmions is a promising path towards low-energy spintronic devices. Here, voltage effects on skyrmions in a GdOx/Gd/Co/Pt heterostructure are observed experimentally. The results show that the skyrmion density can be both enhanced and depleted by the application of an electric field, along with the ability, at certain magnetic fields to completely switch the skyrmion state on and off. Further, a zero magnetic field skyrmion state can be stablized under a negative bias voltage using a defined voltage and magnetic field sequence. The voltage effects measured here occur on a few-second timescale, suggesting an origin in voltage-controlled magnetic anisotropy rather than ionic effects. By investigating the skyrmion nucleation rate as a function of temperature, we extract the energy barrier to skyrmion nucleation in our sample. Further, micromagnetic simulations are used to explore the effect of changing the anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction on skyrmion density. Our work demonstrates the control of skyrmions by voltages, showing functionalities desirable for commercial devices.

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