Magnetic topological structures in ferromagnetic films with the Dzyaloshinsky–Moriya interaction

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of the Dzyaloshinskii–Moriya interaction on the formation and stability of 3D magnetic topological structures in exchange-coupled ferromagnetic films with different magnetic anisotropy has been investigated. The magnetization reversal processes in multilayer systems in the presence of a chiral magnetic layer have been analyzed. It has been shown that during the magnetization reversal, three-dimensional topological states such as Bloch points and conical skyrmions are formed, and the structure of topological defects is determined by the magnitude and sign of the Dzyaloshinskii–Moriya constant. The influence of material parameters on the magnetization reversal processes and the stabilization of micromagnetic structures has been studied.

About the authors

V. V. Filippova

Institute of Molecule and Crystal Physics, Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Ufa, 450075 Russia

Z. V. Gareeva

Institute of Molecule and Crystal Physics, Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: zukhragzv@yandex.ru
Ufa, 450075 Russia

R. A. Doroshenko

Institute of Molecule and Crystal Physics, Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Ufa, 450075 Russia

References

  1. Fert A., Cros V., Sampaio J. Skyrmions on the track // Nature Nanotechnology. 2013. V. 8. P. 152.
  2. Rybakov F.N., Borisov A.B., Blügel S., Kiselev N.S. New Type of Stable Particlelike States in Chiral Magnets // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115. P. 117201.
  3. Tejo F., Heredero R.H., Chubykalo-Fesenko O., Guslienko K.Y. The Bloch point 3D topological charge induced by the magnetostatic interaction // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 21714.
  4. Birch M.T., Cortés-Ortuño D., Litzius K., Wintz S., Schulz1 F., Weigand M., Štefančič A., Mayoh D.A., Balakrishnan G., Hatton P.D., Schütz G. Toggle-like current-induced Bloch point dynamics of 3D skyrmion strings in a room temperature nanowire // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 3630.
  5. Guslienko K. 3D Magnetization Textures: Toroidal Magnetic Hopfion Stability in Cylindrical Samples // Nanomaterials. 2024. V. 14. P. 125.
  6. Lang M., Beg M., Hovorka O., Fangohr H. Bloch points in nanostrips // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 6910.
  7. Pylypovskyi O.V., Sheka D.D., Gaididei Y. Bloch point structure in a magnetic nanosphere // Phys. Rev. 2021. V. 85. P. 224401.
  8. Beg M., Pepper R.A., Cortés-Ortuño D., Atie B., Bisotti M.-A., Downing G., Kluyver T., Hovorka O., Fangohr H. Stable and manipulable Bloch point // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 7959.
  9. Gareeva Z., Filippova V., Shulga N., and Doroshenko R. Magnetoelectric effects in magnetic films with alternating magnetic anisotropy: the emergence and stability of Bloch points // Phys. Chem. Chem. Phys. 2024. V. 26. P. 22164.
  10. Donahue M.J., Porter D.G. OOMMF User’s Guide, Version 1.0, No. NIST IR 6376. National Institute of Standards and Technology, 1999.
  11. Rohart S., Thiaville A. Skyrmion confinement in ultrathin film nanostructures in the presence of Dzyaloshinskii–Moriya interaction // Phys. Rev. B. 2013. V. 88. P. 184422.
  12. Junquera J., Nahas Y., Prokhorenko S., Bellaiche L., Íñiguez J., Schlom D.G., Chen L.-Q., Salahuddin S., Muller D.A., Martin L.W., Ramesh R. Topological phases in polar oxide nanostructures // Rev. Mod. Phys. 2023. V. 95. P. 025001.
  13. Ding S., Ross A., Lebrun R., Becker S., Lee K., Boventer I., Das S., Kurokawa Y., Gupta S., Yang J., Jakob G., Kläui M. Interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction and chiral magnetic textures in a ferrimagnetic insulator // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. P. 100406.
  14. Ma X., Yu G., Razavi S.A., Sasaki S.S., Li X., Hao K., Tolbert S.H., Wang K.L., Li X. Dzyaloshinskii–Moriya Interaction across an Antiferromagnet-Ferromagnet Interface // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119. P. 027202.
  15. Carey R., Beg M., Albert M., Bisotti M.-A., Cortés-Ortuño D., Vousden M., Wang W., Hovorka O., Fangohr H. Hysteresis of nanocylinders with Dzyaloshinskii–Moriya interaction // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. P. 122401.
  16. Сукстанский А.Л., Ямпольская Г.И. Динамическая магнитная восприимчивость двуслойной пленки в сильном магнитном поле // ФТТ. 2000. Т. 42. № 5. С. 866.
  17. Caretta L. et al. Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction arising from rare-earth orbital magnetism in insulating magnetic oxides // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 1090.
  18. Fakhrul T., Khurana B., Lee B.H., Huang S., Nembach H.T., Beach G.S. D., Ross C.A. Damping and Interfacial Dzyaloshinskii–Moriya Interaction in Thulium Iron Garnet/Bismuth-Substituted Yttrium Iron Garnet Bilayers // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2024. V. 16. P. 2489.
  19. Guslienko K.Yu., Chubykalo-Fesenko O., Mryasov O., Chantrell R., Weller D. Magnetization reversal via perpendicular exchange spring in FePt/FeRh bilayer films // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. P. 104405.
  20. Hoffmann F., Stankoff A., Pascard H. Evidence for an Exchange Coupling at the Interface between Two Ferromagnetic Films // J. Appl. Phys. 1970. V. 41. Р. 1022.
  21. Zhao G.P., Deng Y., Zhang H.W., Cheng Z.H., Ding J. Accurate calculation of the nucleation field and hysteresis loops in hard-soft multilayers // J. Appl. Phys. 2011. V. 109. Р. 07D340.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».