Magnetostatic twists in room-temperature skyrmions explored by nitrogen-vacancy center spin texture reconstruction.
Magnetostatic twists in room-temperature skyrmions explored by nitrogen-vacancy center spin texture reconstruction.
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DOI：
10.1038/s41467-018-05158-9
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发表时间：
2018-07-13
影响因子：
16.6
通讯作者：
Yacoby A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dovzhenko Y;Casola F;Schlotter S;Zhou TX;Büttner F;Walsworth RL;Beach GSD;Yacoby A
磁Skyrmions是二维非共线自旋织构，其特征是一个整数拓扑数。最近在磁性多层膜中发现了室温Skyrmion，其稳定性主要归因于界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。这种相互作用的强度及其在稳定Skyrmions中的作用尚未得到很好的理解，需要对完整的自旋结构进行成像来解决这个问题。在这里，我们使用金刚石中的氮空位中心来测量在环境条件下由磁性多层膜中的skyrmion产生的磁场图。我们计算候选自旋结构的流形，并选择物理上有意义的解决方案。我们发现一个Néel型skyrmion的手征是不是左手，与以前的报告。我们提出了Skyrmion管状结构，其手性通过薄膜厚度旋转。我们表明，NV磁力测量，结合我们的分析方法，提供了一个独特的工具来调查这种以前无法访问的现象。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）对skyrmions的稳定性至关重要，但其贡献尚未得到很好的理解。在这里，作者提供了一种方法，使用单电子自旋的氮空位中心的图像的精细结构的skyrmions，这是由于竞争和杂散场之间的竞争。
Magnetic skyrmions are two-dimensional non-collinear spin textures characterized by an integer topological number. Room-temperature skyrmions were recently found in magnetic multilayer stacks, where their stability was largely attributed to the interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction. The strength of this interaction and its role in stabilizing the skyrmions is not yet well understood, and imaging of the full spin structure is needed to address this question. Here, we use a nitrogen-vacancy centre in diamond to measure a map of magnetic fields produced by a skyrmion in a magnetic multilayer under ambient conditions. We compute the manifold of candidate spin structures and select the physically meaningful solution. We find a Néel-type skyrmion whose chirality is not left-handed, contrary to preceding reports. We propose skyrmion tube-like structures whose chirality rotates through the film thickness. We show that NV magnetometry, combined with our analysis method, provides a unique tool to investigate this previously inaccessible phenomenon. The Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) is crucial to the stabilization of skyrmions but the contribution is not well understood. Here, the authors provide a methodology using the single electron spin of a nitrogen-vacancy center to image the fine structure of skyrmions which is attributed to the competition between the DMI and stray fields.
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