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Fast current-driven domain walls and small skyrmions in a compensated ferrimagnet

铁磁性 自旋电子学 空中骑兵 凝聚态物理 铁磁性 旋转 自旋(空气动力学) 补偿(心理学) 材料科学 磁畴壁(磁性) 纳米技术 物理 磁场 磁化 量子力学 心理学 精神分析 热力学
作者
Lucas Caretta,Maxwell Mann,Felix Büttner,Kohei Ueda,Bastian Pfau,C. Günther,Piet Hessing,Alexandra Churikova,Christopher Klose,Michael Schneider,Dieter Engel,Colin Marcus,David Bono,Kai Bagschik,Stefan Eisebitt,Geoffrey S. D. Beach
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:13 (12): 1154-1160 被引量:482
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0255-3
摘要

Spintronics is a research field that aims to understand and control spins on the nanoscale and should enable next-generation data storage and manipulation. One technological and scientific key challenge is to stabilize small spin textures and to move them efficiently with high velocities. For a long time, research focused on ferromagnetic materials, but ferromagnets show fundamental limits for speed and size. Here, we circumvent these limits using compensated ferrimagnets. Using ferrimagnetic Pt/Gd44Co56/TaOx films with a sizeable Dzyaloshinskii–Moriya interaction, we realize a current-driven domain wall motion with a speed of 1.3 km s–1 near the angular momentum compensation temperature (TA) and room-temperature-stable skyrmions with minimum diameters close to 10 nm near the magnetic compensation temperature (TM). Both the size and dynamics of the ferrimagnet are in excellent agreement with a simplified effective ferromagnet theory. Our work shows that high-speed, high-density spintronics devices based on current-driven spin textures can be realized using materials in which TA and TM are close together. Ferrimagnetic Gd44Co56 near the compensation temperature enables domain wall motion with a speed of 1.3 km s–1 and room temperature skyrmions with diameters close to 10 nm.
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