Electrical control of nontrivial textures in magnetic nanostructures

磁性纳米结构中重要纹理的电控制

基本信息

  • 批准号:
    1504449
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.02万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-06-15 至 2019-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nontechnical description: The technological demand for smaller and faster devices capable of new functionalities drives the scientific exploration of the nontrivial states of matter that remain stable when scaled down to just a few nanometers. The Project studies the skyrmions - nontrivial nanoscale magnetic textures that cannot by annihilated by a continuous evolution of magnetization. Such textures can be as small as a few nanometers, making it difficult to study them by the conventional microscopy techniques, and consequently very little is known about their properties or how they can be used in nanodevices. The Project uses magnetoelectronic measurements in nanofabricated structures to access the relevant length sales, and investigate the possibility to use electrical current locally injected into ultrathin magnetic films to create, manipulate, and detect skyrmions. The research is integrated with the training for undergraduate and graduate students, and contributes to the burgeoning broader nanoscience research, education and outreach efforts in the Atlanta area.Technical description: The Project investigates magnetic skyrmions - topologically nontrivial states in magnetic materials, which cannot be obtained by a continuous transformation of "trivial" states, and thus exhibit higher stability, unusual dynamical characteristics and response to perturbations. The research utilizes nanofabricated magnetic nanostructures based on ultrathin magnetic films with perpendicular anisotropy, and magnetoelectronic techniques to generate, characterize, and manipulate both static and dynamical states of skyrmions by electrical current. Materials science and magnetic engineering are used to achieve a significant Dzyaloshinskii-Moriya interaction capable of stabilizing skyrmions in the absence of current. New measurement approaches, such as three-terminal Hall effect , are designed specifically to investigate phenomena on nanoscale not accessible with the established techniques. This research provides fundamental insight into the effects of topological textures on the material properties, and develops routes for their experimental exploration as well as possible applications in nanoscale magnetoelectronic (spintronic) devices. In addition to directly training two graduate students, the impact of the Project is significantly enhanced by its role in supporting the free shared condensed matter and nanoscience research facilities provided by the PI to researchers at Emory University and in the larger Atlanta area, research involvement of undergraduates and high school students, and contribution the large special events such as the Atlanta Science Festival and the Elementary School Science Day.
非技术性描述:对具有新功能的更小更快设备的技术需求推动了对物质的非平凡状态的科学探索,这些状态在缩小到几纳米时保持稳定。该项目研究skyrmions -不平凡的纳米级磁性纹理,不能被磁化的连续演变湮灭。这种纹理可以小到几纳米,使得难以通过传统的显微镜技术来研究它们,因此对它们的特性或如何在纳米器件中使用它们知之甚少。该项目使用纳米制造结构中的磁电子测量来访问相关的长度销售,并研究使用电流局部注入到纳米磁性薄膜中来创建,操纵和检测skyrmion的可能性。该研究与本科生和研究生的培训相结合,有助于亚特兰大地区新兴的更广泛的纳米科学研究,教育和推广工作。技术描述:该项目研究磁性skyrmions -磁性材料中的拓扑非平凡状态,无法通过“平凡”状态的连续变换获得,因此具有更高的稳定性,不寻常的动力学特性和对扰动的反应。该研究利用基于垂直各向异性磁性薄膜的纳米制造磁性纳米结构,以及磁电子技术来产生,表征和操纵电流的静态和动态skyrmions。材料科学和磁工程被用来实现一个重要的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用,能够在没有电流的情况下稳定skyrmions。新的测量方法,如三端霍尔效应,是专门设计来研究纳米级的现象无法访问与既定的技术。这项研究提供了基本的洞察拓扑结构对材料性能的影响,并开发路线,为他们的实验探索,以及可能的应用在纳米磁电子(自旋电子)器件。除了直接培训两名研究生外,该项目的影响还得到了显着增强,因为它支持PI向埃默里大学和更大的亚特兰大地区的研究人员提供的免费共享凝聚态和纳米科学研究设施,本科生和高中生的研究参与,并为亚特兰大科学节和小学科学日等大型特别活动捐款。

项目成果

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