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原創丨彤心未泯（米測 技術中心）
編輯丨風云
磁斯格明子是拓撲磁性紋理，作為存儲器和邏輯器件中的納米級信息位具有廣闊的前景。盡管室溫鐵磁斯格明子及其電流感應操縱已被證明，但它們的速度僅限于每秒100米左右。此外，它們的動力學受到斯格明子霍爾效應的干擾，斯格明子霍爾效應是由斯格明子拓撲電荷引起的橫向于電流方向的運動。
基于此，阿爾卑斯大學Olivier Boulle等人證明了補償合成反鐵磁體中的斯格明子可以通過電流沿電流方向以高達每秒900米的速度移動。這可以通過凈拓撲電荷的抵消導致斯格明子霍爾效應消失來解釋。該結果為實現基于軌道中斯格明子的快速操縱的邏輯和存儲設備開辟了一條重要途徑。
室溫下SAF中的AF斯格明子
SAF疊層由Pt (3)/Co (1.58)/Ru (0.85)/Pt (0.5)/Co (1.58)/Ru (0.85) 多層，作者仔細優化了其成分，以穩定斯格明子并通過電流有效地移動它們。使用掃描氮空位中心磁力測定法對SAF斯格明子雜散場進行定量測量，證實SAF得到了完全補償，并且兩層中的斯格明子磁化強度是AF對齊的，這與微磁模擬一致。X射線磁圓二色性光發射電子顯微鏡實驗和微磁模擬證實了Pt/Co界面處DMI預期的斯格明子的左手手性。
圖1 補償斯格明子霍爾效應并增強SAF斯格明子的速度
圖2 補償SAF中的斯格明子
SAF斯格明子的快速電流感應動力學
為了研究SAF斯格明子的電流感應動力學，使用標準納米制造工藝將堆棧圖案化為3毫米寬的軌道，與金屬電極接觸以注入電流。結果表明斯格明子還可以通過具有相反極性的連續電流脈沖沿電流方向來回移動。實驗揭示了消失的斯格明子霍爾效應：平均qSkHE為6.4±16.4°，并且沒有顯示出對vSk的任何依賴性。實驗表明，在SAF堆棧中觀察到的斯格明子霍爾效應的速度增強和消除與SAF磁補償有關。
圖3 MFM觀察到的SAF斯格明子的電流感應運動
圖4 具有消失斯格明子霍爾效應的SAF斯格明子的快速電流誘導動力學
微磁模擬和分析建模
作者使用實驗獲得的磁和輸運參數（包括磁阻尼、SOT和DMI）進行了分析建模和微磁模擬。結果表明，SAF斯格明子沿電流方向移動，沒有斯格明子霍爾效應，與實驗觀察結果一致。作者繪制了模型預測的速度對電流密度的依賴性，觀察到該模型正確地再現了大電流密度下的大速度。模擬還表明，SAF斯格明子具有內在的慣性動力學特征。斯格明子響應方波電流脈沖需要大約100 ps才能達到速度平臺。
圖5 電流引起的斯格明子變形和慣性動力學的模擬
參考文獻：
VAN TUONG PHAM, et al. Fast current-induced skyrmion motion in synthetic antiferromagnets. Science, 2024,384(6693):307-312.
DOI: 10.1126/science.add5751
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add5751
