Magnetostatic Mechanism of Chiral Symmetry Breaking in Multilayer Magnetic Structures

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

It is shown that the energy of a ferromagnetic film deposited onto a paramagnetic or superconducting substrate acquires a contribution in the form of the Dzyaloshinskii–Moriya interaction. This contribution appears as a result of the magnetostatic interaction of the magnetization of the ferromagnetic film with the magnetization induced by it in a paramagnet or by the supercurrent in the superconductor and leads to the removal of the chiral degeneracy, nonreciprocity of spin waves, and the formation of chiral states such as magnetic skyrmions. Our estimates indicate the possibility of experimental observation of predicted effects.

About the authors

M. A Kuznetsov

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: kuznetsovm@ipmras.ru
603950, Nizhny Novgorod, Russia

A. A Fraerman

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: andr@ipmras.ru
603950, Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. I. E. Dzialoshinskii, Sov. Phys. JETP 5, 1259 (1957).
  2. T. Moriya, Phys. Rev. 120, 91 (1960).
  3. S. Mu¨hlbauer, B. Binz, F. Jonietz et al., Science 323, 915 (2009).
  4. N. Romming, C. Hanneken, M. Menzel et al., Science 341, 636 (2013).
  5. J.-H. Moon, S.-M. Seo, K.-J. Lee et al., Phys. Rev. B 88, 184404 (2013).
  6. K. Di, V. L. Zhang, H. S. Lim et al., Appl. Phys. Lett. 106, 052403 (2015).
  7. Y. Ishikawa, K. Tajima, D. Bloch et al., Sol. St.Commun. 19, 525 (1976).
  8. A. Cr'epieux and C. Lacroix, J. Magn. Magn. Mater. 182, 341 (1998).
  9. H. Yang, A. Thiaville, S. Rohart et al., Phys. Rev. Lett. 115, 267210 (2015).
  10. H. Imamura, P. Bruno, and Y. Utsumi, Phys. Rev. B 69, 121303 (2004).
  11. S.-X. Wang, H.-R. Chang, and J. Zhou, Phys. Rev. B 96, 115204 (2017).
  12. N. Mikuszeit, S. Meckler, R. Wiesendanger et al., Phys. Rev. B 84, 054404 (2011).
  13. K. Р. Мухаматчин, А. А. Фраерман, Письма в ЖЭТФ 93, 797 (2011).
  14. И. М. Нефедов, А. А. Фраерман, И. А. Шерешевский, ФТТ 58, 490 (2016).
  15. K. Р. Мухаматчин, А. А. Фраерман, ЖЭТФ 158, 1109 (2020).
  16. M. A. Kuznetsov and A. A. Fraerman, Phys. Rev. B 105, 214401 (2022).
  17. M. A. Kuznetsov, K. R. Mukhamatchin, and A. A. Fraerman, Phys. Rev. B 107, 184428 (2023).
  18. R. E. Camley, Surf. Sci. Rep. 7, 103 (1987).
  19. A. G. Gurevich and G. A. Melkov, Magnetization Oscillations and Waves, CRC, New York (1996).
  20. M. Jamali, J. H. Kwon, S.-M. Seo et al., Sci. Rep. 3, 3160 (2013).
  21. N. Sato, K. Sekiguchi, and Y. Nozaki, Appl. Phys. Express 6, 063001 (2013).
  22. Y. Li, W. Zhang, V. Tyberkevych et al., J. Appl. Phys. 128, 130902 (2020).
  23. A. Barman, G. Gubbiotti, S. Ladak et al., J. Phys.: Condens. Matter 33, 413001 (2021).
  24. H. Yu, J. Xiao, and H. Schultheiss, Phys. Rep. 905, 1 (2021).
  25. R. W. Damon and J. R. Eshbach, J. Phys. Chem. Sol. 19, 308 (1961).
  26. S. R. Seshadri, Proc. IEEE 58, 506 (1970).
  27. R. E. De Wames and T. Wolfram, J. Appl. Phys. 41, 5243 (1970).
  28. M. Mruczkiewicz and M. Krawczyk, J. Appl. Phys. 115, 113909 (2014).
  29. R. L. Melcher, Phys. Rev. Lett. 30, 125 (1973).
  30. L. Udvardi and L. Szunyogh, Phys. Rev. Lett. 102, 207204 (2009).
  31. K. Zakeri, Y. Zhang, J. Prokop et al., Phys. Rev. Lett. 104, 137203 (2010).
  32. J.-H. Moon, S.-M. Seo, K.-J. Lee et al., Phys. Rev. B 88, 184404 (2013).
  33. F. Garcia-Sanchez, P. Borys, J.-V. Kim et al., Phys. Rev. B 89, 224408 (2014).
  34. A. A. Stashkevich, M. Belmeguenai, Y. Roussign'e et al., Phys. Rev. B 91, 214409 (2015).
  35. M. Belmeguenai, J.-P. Adam, Y. Roussign'e et al., Phys. Rev. B 91, 180405(R) (2015).
  36. V. L. Zhang, K. Di, H. S. Lim et al., Appl. Phys. Lett. 107, 022402 (2015).
  37. J. M. Lee, C. Jang, B.-C. Min et al., Nano Lett. 16, 62 (2016).
  38. T. Br¨acher, O. Boulle, and G. Gaudin, Phys. Rev. B 95, 064429 (2017).
  39. K. Szulc, P. Graczyk, M. Mruczkiewicz et al., Phys. Rev. Appl. 14, 034063 (2020).
  40. F. J. dos Santos, M. dos Santos Dias, and S. Lounis, Phys. Rev. B 102, 104401 (2020).
  41. H. Wang, J. Chen, T. Liu et al., Phys. Rev. Lett. 124, 027203 (2020).
  42. A. F. Franco and P. Landeros, Phys. Rev. B 102, 184424 (2020).
  43. I. A. Golovchanskiy, N. N. Abramov, V. S. Stolyarov et al., J. Appl. Phys. 124, 233903 (2018).
  44. I. A. Golovchanskiy, N. N. Abramov, and V. S. Stolyarov, J. Appl. Phys. 127, 093903 (2020).
  45. R. E. Camley and A. A. Maradudin, Sol. St.Commun. 41, 585 (1982).
  46. P. X. Zhang and W. Zinn, Phys. Rev. B 35, 5219 (1987).
  47. J. Barna's and P. Gru¨nberg, J. Magn. Magn. Mater. 82, 186 (1989).
  48. F. C. N¨ortemann, R. L. Stamps, and R. E. Camley, Phys. Rev. B 47, 11910 (1993).
  49. A. V. Vashkovskii and E. G. Lokk, J.Commun. Technol. Electron. 51, 568 (2006).
  50. R. A. Gallardo, T. Schneider, A. K. Chaurasiya et al., Phys. Rev. Appl. 12, 034012 (2019).
  51. M. Ishibashi, Y. Shiota, T. Li et al., Sci. Adv. 6, eaaz6931 (2020).
  52. W. Song, X. Wang, W. Wang et al., Phys. Stat. Sol. RRL 14, 2000118 (2020).
  53. M. Grassi, M. Geilen, D. Louis et al., Phys. Rev. Appl. 14, 024047 (2020).
  54. J. Han, Y. Fan, B. C. McGoldrick et al., Nano Lett. 21, 7037 (2021).
  55. S. Rohart and A. Thiaville, Phys. Rev. B 88, 184422 (2013).
  56. A. N. Bogdanov and D. A. Yablonskii, Sov. Phys. JETP 68, 101 (1989).
  57. A. Bogdanov and A. Hubert, Phys. Stat. Sol. B 186, 527 (1994).
  58. A. Bogdanov and A. Hubert, J. Magn. Magn. Mater. 138, 255 (1994).
  59. S. Y. Dan'kov, A. M. Tishin, V. K. Pecharsky et al., Phys. Rev. B 57, 3478 (1998).
  60. M. Ba'cani, M. A. Marioni, J. Schwenk et al., Sci. Rep. 9, 3114 (2019).
  61. A. Samardak, A. Kolesnikov, and M. Stebliy, Appl. Phys. Lett. 112, 192406 (2018).
  62. A. G. Temiryazev, M. P. Temiryazeva, A. V. Zdoroveyshchev et al., Phys. Sol. St. 60, 2200 (2018).
  63. L.-C. Peng, Y. Zhang, S.-L. Zuo et al., Chin. Phys. B 27, 066802 (2018).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

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».