Nanosystems:Phys. Chem. Math., 2024, 15 (2), 192–200
Nucleation of magnetic skyrmions at a notch
Maria N. Potkina – Infochemistry Scientific Center, ITMO University, St. Petersburg, Russia; potkina.maria@yandex.ru
Igor S. Lobanov – Faculty of Physics, ITMO University, St. Petersburg, Russia; lobanov.igor@gmail.com
Corresponding author: M. N. Potkina, potkina.maria@yandex.ru
PACS 82.20.Pm, 34.10.+x, 75.40.Mg
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-2-192-200
ABSTRACT Magnetic skyrmions are considered promising candidates for coding bits of information in racetrack memory devices. Information recording in such devices is assumed to occur by creating skyrmions. This work is devoted to finding solutions to make this process as energy-efficient as possible. One of the factors influencing the creation of skyrmions is the geometry of the track on which recording takes place. We study the influence of the shape and size of track boundary notches on the energy barriers of skyrmion nucleation. We show that skyrmions generation is facilitated by the presence of irregularities at the track boundary and the best solution is a deep narrow notch. On the other hand the skyrmion nucleation rate is smaller for smooth boundaries and skyrmions generation can be suppressed by their interaction with the track boundary, if notch size is smaller than the skyrmion radius. These results can be used in development of future memory devices based on skyrmions.
KEYWORDS transition state theory, topological magnetic solitons, nucleation, collapse, lifetime.
ACKNOWLEDGEMENTS MNP thank Y.M. Beltukov for useful discussions. The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-72-00059, https://rscf.ru/en/project/22-72-00059/. Priority 2030 is acknowledged for infrastructure support.
FOR CITATION Potkina M.N., Lobanov I.S. Nucleation of magnetic skyrmions at a notch. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (2), 192–200.
[In Russian] М.Н. Поткина, И.С. Лобанов
Нуклеация магнитных скирмионов на вырезе
АННОТАЦИЯ Магнитные скирмионы считаются перспективными кандидатами для кодирования битов информации в устройствах беговой магнитной памяти. Запись информации в таких устройствах происходит путем создания скирмионов. Данная работа посвящена поиску подходов, позволяющих сделать этот процесс максимально энергоэффективным. Одним из факторов, влияющих на создание скирмионов, является геометрия трека, на котором происходит запись. Мы изучили влияние формы и размера вырезов на границах треков на энергетические барьеры зарождения скирмионов. Показано, что наличие неровностей на границе трека способствует генерации скирмионов и лучшим решением является глубокий узкий вырез. С другой стороны, скорость зарождения скирмионов меньше для гладких границ, и генерация скирмионов может быть подавлена их взаимодействием с границей трека, если размер выреза меньше радиуса скирмиона. Эти результаты могут быть использованы при разработке будущих устройств памяти на основе скирмионов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА теория переходного состояния, топологические магнитные солитоны, зарождение, коллапс, время жизни.
