Скирмионы в фрустрированной модели сверхрешеток мультиферроика

И.Ф. Шарафуллин, Н.М. Нугаева, М.Х. Харрасов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 04 ноября 2019; Исправлена: 11 ноября 2019; Принята: 13 ноября 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: И.Ф. Шарафуллин, Н.М. Нугаева, М.Х. Харрасов. Скирмионы в фрустрированной модели сверхрешеток мультиферроика. Письма о материалах. 2019. Т.9. №4. С.499-503
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-4-499-503

Аннотация

3D view of the GS configuration of the surface magnetic layer.
We can observe a clear 3D skyrmion crystal structure in the whole magnetic layers, not only near the interface layer. Unlike the case where we do not take into account the interaction between NNN, in the present case where the frustration is very strong we see that a large number of skyrmions are distributed over the whole magnetic layers with a certain periodicity close to a perfect crystal.В данной работе мы исследуем фазовые переходы и поверхностные свойства сверхрешетки мультиферроика с помощью Монте-Карло моделирования. Мы рассматриваем многослойную пленку мультиферроика, состоящая из L_z^m ферромагнитных слоев и L_z^f сегнетоэлектрических слоев, сложенных в направлении оси z. Каждый слой в плоскости xy имеет размерность L×L. Магнитную и сегнетоэлектрическую пленки мы рассматриваем как пленки с объемно-центрированной кубической решеткой. Мы изучили новую модель связи между ферромагнитной пленкой и сегнетоэлектрической пленкой в сверхрешетке мультиферроика. Это взаимодействие имеет вид взаимодействия Дзялошинского-Мории между параметрами порядка сегнетоэлектрических пленок и спинами ферромагнитных слоев на границе раздела. Учтены фрустрации из-за взаимодействия соседей, следующих за ближайшими как в магнитном, так и в сегнетоэлектрическом слое. Основное состояние демонстрирует однородные неколлинеарные конфигурации спина в отсутствии внешнего магнитного поля и образование скирмионов в приложенном магнитном поле. Моделирование методом Монте-Карло использовалось для исследования фазовых переходов, происходящих в сверхрешетке во внешнем магнитном поле и без учета поля. Показано, что скирмионы устойчивы в определенном температурном диапазоне и до определенных значений обменного параметра взаимодействия между соседями, следующими за ближайшими. Тип фазового перехода может быть второго так и первого порядка, в зависимости от величины магнитоэлектрического взаимодействия. Как и ожидалось, фрустрированная магнитная подсистема способствует образованию и упорядочению скирмионов. Существование скирмионов на границе раздела ферромагнетик-сегнетоэлектрик представляет интерес. Для МК-моделирования мы используем алгоритм Метрополиса для системы с линейными размерами L×L×L_z.

Ссылки (22)

1. I. A. Sergienko, E. Dagotto. Physical Review B. 73 (9), 094434 (2006). Crossref
2. A. P. Pyatakov. Physica B: Condensed Matter. 542, 59 (2018). Crossref
3. T. Maruyama, Y. Shiota, T. Nozaki, et al. Nature nanotechnology. 4 (3), 158 (2009). Crossref
4. O. G. Udalov, I. S. Beloborodov. AIP Advances. 8 (5), 055810 (2018). Crossref
5. A. R. Yuldasheva, N. M. Nugaeva. Letters on Materials. 9 (3), 354 (2019). (in Russian) [А. Р. Юлдашева, Н. М. Нугаева. Письма о материалах. 9 (3), 354 (2019).]. Crossref
6. A. Alberca, C. Munuera, et al.. Scientific reports. 5, 17926 (2015). Crossref
7. H. Katsura, N. Nagaosa, A. V. Balatsky. Physical review letters. 95 (5), 057205 (2005). Crossref
8. S.-W. Cheong, M. Mostovoy. Nature materials. 6 (1), 13 (2007). Crossref
9. A. N. Bogdanov, D. Yablonskii. Sov. Phys. JETP. 68 (1), 101 (1989).
10. U. Rößler, A. N. Bogdanov, C. Pfleiderer. Nature. 442 (7104), 797 (2006). Crossref
11. A. Yadav, C. Nelson, S. Hsu, et al. Nature. 530 (7589), 198 (2016). Crossref
12. A. Fert, V. Cros, J. Sampaio. Nature nanotechnology. 8 (3), 152 (2013). Crossref
13. R. Tomasello, E. Martinez, R. Zivieri, L. Torres, M. Carpentieri, G. Finocchio. Scientific reports. 4, 6784 (2014). Crossref
14. W. Koshibae, Y. Kaneko, J. Iwasaki, M. Kawasaki, Y. Tokura, N. Nagaosa. Japanese Journal of Applied Physics. 54 (5), 053001 (2015). Crossref
15. W. Kang, Y. Huang, C. Zheng, W. Lv, N. Lei, Y. Zhang, X. Zhang, Y. Zhou, W. Zhao. Scientific reports. 6, 23164 (2016). Crossref
16. I. F. Sharafullin, M. Kh. Kharrasov, H. T. Diep. Phys. Rev. B. 99, 214420 (2019). Crossref
17. S. El Hog, A. Bailly-Reyre, H. T. Diep. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 455, 32 (2018). Crossref
18. H. Yang, G. Chen, A. A. C. Cotta, A. T. N’Diaye, S. A. Nikolaev et al. Nat. Mater. 17, 605 (2018). Crossref
19. A. Manchon, H. C. Koo, J. Nitta, S. Frolov, R. Duine. Nat. Mater. 14, 871 (2015). Crossref
20. H. T. Diep. Theory of magnetism - Application to surface physics. World Scientific (2014) 420 p. Crossref
21. A.K. Murtazaev, A. B. Babaev. Materials Letters. 238, 321 (2019). Crossref
22. H.T. Diep. Entropy. 21 (2), 175 (2019). Crossref