Injection, motion, and interaction of magnetic skyrmions

磁性斯格明子的注入、运动和相互作用

基本信息

项目摘要

Topological objects are of interest from a fundamental and from an application point of view. As an example, magnetic skyrmions owe their topological nature to the winding of the magnetization. Skyrmions open up research areas for fundamental science, building on from fundamentals of mathematics to the realization of topologically stabilized objects for future data storage and logic devices. In our project, we will investigate the fundamental properties of skyrmion generation, movement, and interaction in a playground for magnetic skyrmion bubbles. In the envisioned spatial landscape we will conduct investigations of the possibilities and the dynamics of creation, injection, and detection of skyrmions. In the extended planar device, skyrmions will be created by magnetic field, by optical stimulation, or electrically through magnetic tunnel junctions. However, in focus will be the generation and readout via magnetic tunnel junctions. Within the two-dimensional patterns, individual skyrmions will be laterally shifted along different directions by electrical currents. The related dynamic processes and limitations will be investigated by advanced time-resolved magneto-optical imaging on different time-scales, which allows for the identification and precise observation of the moving topological objects. The well-defined setting will especially allow for the controlled interaction between individual skyrmions with the goal of generating exotic skyrmions and of studying their dynamic and annihilation behavior. By further controlling the topology at the boundaries, we will test fundamental predictions combining mathematics, magneto-optical analysis, and materials engineering. While the focus of our project lies in the experiment, we are aiming at a close collaboration between experiment and theory. Theoretical considerations will help to predict the behavior of skyrmions and give guidance on achieving modifications of the standard topology of skyrmions by manipulations of the geometry and the magnetization of boundaries. Insights will be provided to which modifications are relevant for the topology, which ones are realizable, and which ones lead to novel insights on the experiment.
拓扑对象的兴趣,从一个基本的,并从应用的角度来看。作为一个例子,磁skyrmions欠他们的拓扑性质的磁化绕组。Skyrmions为基础科学开辟了研究领域,从数学基础到实现未来数据存储和逻辑设备的拓扑稳定对象。在我们的项目中,我们将研究Skyrmion生成,运动和相互作用的基本特性在操场上的磁性Skyrmion气泡。在设想的空间景观,我们将进行调查的可能性和创造,注入和检测skyrmions的动态。在扩展的平面器件中,Skyrmions将通过磁场、光刺激或通过磁性隧道结产生。然而,重点将是通过磁性隧道结的产生和读出。在二维图案中,各个skyrmion将通过电流沿着不同的方向横向移动。将通过不同时间尺度上的先进时间分辨磁光成像来研究相关的动态过程和局限性,从而能够识别和精确观测移动的拓扑物体。明确定义的设置将特别允许单个Skyrmion之间的受控相互作用,目的是生成奇异的Skyrmion并研究它们的动力学和湮灭行为。通过进一步控制边界的拓扑结构,我们将结合数学,磁光分析和材料工程来测试基本预测。 虽然我们项目的重点在于实验,但我们的目标是实验和理论之间的密切合作。理论上的考虑将有助于预测skyrmions的行为,并提供指导,实现修改的标准拓扑结构的skyrmions的几何形状和磁化的边界的操作。洞察力将提供哪些修改是相关的拓扑结构,哪些是可实现的,哪些导致新的见解的实验。

项目成果

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