Current-induced motion of magnetic domain walls in cylindrical nanowires with chemical modulations

Abstract

Los nanohilos magnéticos cilíndricos son un sistema prototípico para explorar la física de la dinámica de la imanación tridimensional, y también se proponen como unidades básicas para dispositivos de memorias magnéticas tridimensionales. Entre otros efectos inducidos por la curvatura, destaca la estabilidad de un tipo único de pared de dominio magnético conocida como Bloch-Point-Wall (BPW), cuya topología permite un movimiento ultrarrápido, gracias a que retrasa en gran medida el umbral de inestabilidad de Walker. Una característica crucial de las BPW y otras texturas de espín en nanohilos, común en sistemas tridimensionales, es la imanación azimutal inducida por la energía dipolar. Otra característica clave es el campo OErsted fuerte y largamente pasado por alto que surge cuando circula una corriente eléctrica en el hilo, y que desempeña un papel clave al acoplarse directamente a las estructuras de rizado. Recientes trabajos pioneros del grupo anfitrión han demostrado el movimiento experimental de la BPW bajo torques por transferencia de espín con velocidades de varios cientos de m/s, pero con anclaje estocástico. Las simulaciones sugieren un mecanismo subyacente no trivial para el cambio de circulación en el caso de un campo OErsted inicialmente antiparalelo...

Cylindrical magnetic nanowires are a prototypical system for exploring the physics of three-dimensional magnetization dynamics, and are also proposed as building blocks for three-dimensional storage devices. Among other curvature-induced effects, they can host a unique type of magnetic domain wall (DW) known as Bloch-Point-Wall (BPW), whose topology allows for ultra-fast DW motion, thanks to the significant delay in the Walker instability threshold. A crucial feature of BPWs and other spin textures in nanowires, common to three-dimensional systems, is the curling of magnetization induced by dipolar energy. Another key featureis the long-overlooked strong OErsted field that arises when an electric current flows in the wire, which plays a key role by directly coupling to curling structures. Recent pioneering work in the host group has shown experimental BPW motion under spin-transfer-torque with velocities of several hundred of m/s, but with stochastic pinning. Simulations suggest a non-trivial underlying mechanism for the switching of circulation in the case of an initially-antiparallel OErsted field...