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

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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:523
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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