Current-driven generation and stabilization of magnetic skyrmions - Değer, Caner (My University, 2019)
Spintronik bilgi taşıyıcıları olarak manyetik skyrmionları kullanan yeni nesil mantık ve bellek cihazları, dikkate değer manyetik stabiliteleri, kompakt boyutları ve nano-yollardaki çok düşük maliyetli itilme güçleri sayesinde sıkça incelenmektedir. Skyrmion tabanlı spintronik cihazlar gerçekleştirmek için, skyrmion oluşumunu ve dinamiklerini anlamak esastır. Bu çalışmada, bir anti-çentiği belirli bir genişliğe sahip bir kanala yerleştirerek, eş fazlı manyetik skyrmion üretimi üzerine sistematik bir mikromanyetik simülasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Sürüklenme hızının ve skyrmion üretim frekansının uygulanan spin polarize DC akım yoğunluğuna göre ayarlanabileceği ortaya çıkarıldı. Ayrıca manyetik olmayan bir katman ile ayrılmış iki manyetik katmandan oluşan ince film katlı yapılarda manyetik skyrmion oluşumunu da inceledik. Spin presesyon ve sönüm terimini ilgili tüm katkılarla içeren Landau-Lifshitz-Gilbert denklemi, sayısal olarak mikromanyetik çerçeve içinde çözüldü. Kapsamlı sistematik hesaplamalar sayesinde, skyrmion boyutunun dış manyetik alanın yanı sıra tabakalar arası değiş-tokuş etkileşmesi tarafından da kontrol edilebildiği gösterilmiştir. Tabakalar arası değiş-tokuş etkileşmesi ile ayarlanabilen katmanların z yönündeki mıknatıslanma bileşeni, skyrmion çapını kuvvetle etkilemiştir. Manyetik alanın yokluğunda skyrmion fazı, antiferromanyetik veya ferromanyetik olan her iki etkileşme türü için sarmal faz ile birlikte gözlenmiştir. Sıfır alan skyrmionlarının boyutları da etkileşim ile kontrol edilebilmiştir. Sonuçlarımız ve öngülerimizin, skyrmionların bilgi taşıyıcı olarak kullanıldığı skyrmion tabanlı cihazlar için rasyonel bir temel sağlamasını ve bu alandaki gelecek tartışmaları etkilemesini bekliyoruz.

The next-generation logic and memory devices using magnetic skyrmions as spintronic information carriers are frequently studied, thanks to their magnetic stability, compact size and low-cost driving forces within nanotracks. In order to realize skyrmion-based spintronic devices, understanding the skyrmion generation and their dynamics are essential. In this study, we have carried out a systematic micromagnetic simulation study on coherent magnetic skyrmion generation in which we theoretically engineered nanotracks by embedding an anti-notch to a channel of certain width. We found that the drift velocity and the skyrmion generation frequency can be tailored by the applied spin-polarized DC current density. We also study the magnetic skyrmion formation in thin-film stacks, are composed of a non-magnetic spacer seperates two magnetic layers. The Landau-Lifshitz-Gilbert equation, including the damping term and the spin precession term with all relevant contributions, is numerically solved within the micromagnetic framework. Through extensive systematic calculations, we find that skyrmion size can be controlled by the interlayer exchange coupling, as well as the external magnetic field. z-component of the layer’s magnetization, which can be tailored by the coupling, strongly affects the skyrmion diameter. The skyrmion phase coexists with the helical phase for both types of coupling, being antiferromagnetic or ferromagnetic, in the absence of the magnetic field. The size of the skyrmions at zero field can also be controlled by the interaction. We anticipate that our predictions provide rational basis for devices employ skyrmions as efficient carriers of information, and influence future discussions.
Keywords: magnetic force microscopy; Magnetic skyrmions; magnetic thin films; manyetik ince filmler; manyetik kuvvet mikroskobu magnetic skyrmions; Manyetik skyrmionlar; micromagnetic simulations; mikromanyetik simülasyonlar; saçtırma metodu; sputtering