Electric field manipulation of spin chirality and skyrmion dynamic

空中骑兵 螺旋度 物理 凝聚态物理 手性(物理) 电场 自旋(空气动力学) 量子力学 对称性破坏 手征对称破缺 Nambu–Jona Lasinio模型 热力学
作者
Bingqian Dai,Di Wu,Seyed Armin Razavi,Shijie Xu,Haoran He,Qingyuan Shu,Malcolm Jackson,Farzad Mahfouzi,Hanshen Huang,Quanjun Pan,Yang Cheng,Tao Qu,Tianyi Wang,Lixuan Tai,Kin Wong,Nicholas Kioussis,Kang L. Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (7) 被引量:25
标识
DOI:10.1126/sciadv.ade6836
摘要

The Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) is an antisymmetric exchange interaction that stabilizes spin chirality. One scientific and technological challenge is understanding and controlling the interaction between spin chirality and electric field. In this study, we investigate an unconventional electric field effect on interfacial DMI, skyrmion helicity, and skyrmion dynamics in a system with broken inversion symmetry. We design heterostructures with a 3d-5d atomic orbital interface to demonstrate the gate bias control of the DMI energy and thus transform the DMI between opposite chiralities. Furthermore, we use this voltage-controlled DMI (VCDMI) to manipulate the skyrmion spin texture. As a result, a type of intermediate skyrmion with a unique helicity is created, and its motion can be controlled and made to go straight. Our work shows the effective control of spin chirality, skyrmion helicity, and skyrmion dynamics by VCDMI. It promotes the emerging field of voltage-controlled chiral interactions and voltage-controlled skyrmionics.

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