Simulação de uma rede de skyrmions através das equações de Landau-Lifshitz-Gilbert com centros de aprisionamento periódicos

Abstract

Usando simulações atomísticas, foi investigado o transporte e a aniquilação de skyrmions interagindo com centros de aprisionamento em formato de funil sob uma corrente de spins polarizados aplicada perpendicularmente ao seu eixo. Descobriu-se que o transporte sem aniquilação é possível em correntes baixas, quando o movimento é dominado por interações skyrmion-skyrmion e os skyrmions empurram uns aos outros através da abertura do funil. A aniquilação dos skyrmions ocorre para correntes mais altas quando os skyrmions na metade superior da amostra exercem pressão sobre os skyrmions na metade inferior da amostra devido à corrente aplicada. Ao interagir com a parede do funil, os skyrmions sofrem uma redução de tamanho que facilita sua passagem pela abertura do funil. Foram encontradas cinco fases em função da corrente aplicada e do tamanho da abertura do funil: (i) estática, (ii) transporte sem aniquilação, (iii) transporte com aniquilação, (iv) aniquilação completa e (v) uma fase estática reentrante que ocorre apenas para aberturas muito estreitas. Os resultados desta pesquisa fornecem informações úteis sobre como controlar o transporte de skyrmions usando matrizes de funil, delineando regimes nos quais o transporte de skyrmions é possível, bem como as condições sob as quais ocorre a aniquilação.

Using atomistic simulations, we investigated the transport and annihilation of skyrmions interacting with a funnel array under a spin polarized current applied perpendicular to the funnel axis. We found that transport without annihilation is possible at low currents when the motion is dominated by skyrmion-skyrmion interactions and skyrmions push each other through the funnel opening. Skyrmion annihilation occurs for higher currents when skyrmions in the upper half of the sample exert pressure on skyrmions in the bottom half of the sample due to the external current. Upon interacting with the funnel wall, the skyrmions undergo a size reduction that makes it easier for them to pass through the funnel opening. Five dynamic phases were found as a function of the applied current and the size of the funnel opening: (i) pinned, (ii) transport without annihilation, (iii) transport with annihilation, (iv) complete annihilation, and (v) a reentrant pinning phase that only occurs for very narrow openings. The findings on this research provide insight into how to control skyrmion transport using funnel arrays by delineating regimes in which transport of skyrmions is possible as well as the conditions under which annihilation occurs.