journal article·2020Open access

Voltage-driven annihilation and creation of magnetic vortices in Ni discs

M. Ghidini, R. Mansell, R. Pellicelli, D. Pesquera, B. Nair, X. Moya, S. Farokhipoor, F. Maccherozzi, C. H. W. Barnes, R. P. Cowburn, S. S. Dhesi, N. D. Mathur

Nanoscale· Volume 12· Issue 9

Abstract

Using photoemission electron microscopy (PEEM) to image ferromagnetism in polycrystalline Ni disks, and ferroelectricity in their single-crystal BaTiO3 substrates, we find that voltage-driven 90° ferroelectric domain switching serves to reversibly annihilate each magnetic vortex via uniaxial compressive strain, and that the orientation of the resulting bi-domain reveals the chirality of the annihilated vortex. Micromagnetic simulations reveal that only 60% of this strain is required for annihilation. Voltage control of magnetic vortices is novel, and should be energetically favourable with respect to the use of a magnetic field or an electrical current. In future, stray field from bi-domains could be exploited to read vortex chirality. Given that core polarity can already be read via stray field, our work represents a step towards four-state low-power memory applications.
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Research context

OpenAlex topics: Magnetic and transport properties of perovskites and related materials · Geomagnetism and Paleomagnetism Studies · Magnetic Bearings and Levitation Dynamics

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Mathematics

Physics and Computer Science

University of Parma

43124 Parma

Italy

Cavendish Laboratory

University of Cambridge

UK

Department of Materials Science

Cambridge

Diamond Light Source

Didcot

Funding

Royal Society · Trinity College, University of Cambridge · Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca

References (48)

Show source-provided references
1. Fiebig · J. Phys. D: Appl. Phys. · 2005 · 38 · R12310.1088/0022-3727/38/8/R01 ↗
2. Eerenstein · Nature · 2006 · 442 · 75910.1038/nature05023 ↗
3. Ramesh · Nat. Mater. · 2007 · 6 · 2110.1038/nmat1805 ↗
4. Cheong · Nat. Mater. · 2007 · 6 · 1310.1038/nmat1804 ↗
5. Nan · J. Appl. Phys. · 2008 · 103 · 03110110.1063/1.2836410 ↗
6. Lebeugle · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 100 · 22760210.1103/PhysRevLett.100.227602 ↗
7. Choi · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 105 · 09720110.1103/PhysRevLett.105.097201 ↗
8. Tokunaga · Nat. Phys. · 2012 · 8 · 83810.1038/nphys2405 ↗
9. Chun · Phys. Rev. Lett. · 2012 · 108 · 17720110.1103/PhysRevLett.108.177201 ↗
10. Chai · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 420810.1038/ncomms5208 ↗
11. Eerenstein · Nat. Mater. · 2007 · 6 · 34810.1038/nmat1886 ↗
12. Thiele · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2007 · 75 · 05440810.1103/PhysRevB.75.054408 ↗
13. Sahoo · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2007 · 76 · 09210810.1103/PhysRevB.76.092108 ↗
14. Geprägs · Appl. Phys. Lett. · 2010 · 96 · 14250910.1063/1.3377923 ↗
15. Wu · Appl. Phys. Lett. · 2011 · 98 · 01250410.1063/1.3534788 ↗
16. Wu · Appl. Phys. Lett. · 2011 · 98 · 26250410.1063/1.3605571 ↗
17. Lahtinen · Sci. Rep. · 2012 · 2 · 25810.1038/srep00258 ↗
18. Zhang · Phys. Rev. Lett. · 2012 · 108 · 13720310.1103/PhysRevLett.108.137203 ↗
19. Buzzi · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 111 · 02720410.1103/PhysRevLett.111.027204 ↗
20. Cherifi · Nat. Mater. · 2014 · 13 · 34510.1038/nmat3870 ↗
21. Ghidini · Adv. Mater. · 2015 · 27 · 146010.1002/adma.201404799 ↗
22. Chopdekar · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2750110.1038/srep27501 ↗
23. Gao · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2369610.1038/srep23696 ↗
24. Li · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 264210.1021/acsami.6b13620 ↗
25. Lo Conte · Nano Lett. · 2018 · 18 · 195210.1021/acs.nanolett.7b05342 ↗
26. Molegraaf · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 110.1002/adma.200900278 ↗
27. Skumryev · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 05720610.1103/PhysRevLett.106.057206 ↗
28. Heron · Nature · 2014 · 516 · 37010.1038/nature14004 ↗
29. Saenrang · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 158310.1038/s41467-017-01581-6 ↗
30. Skumryev · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 05720610.1103/PhysRevLett.106.057206 ↗
31. Lei · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 137810.1038/ncomms2386 ↗
32. Cowburn · Phys. Rev. Lett. · 1999 · 83 · 104210.1103/PhysRevLett.83.1042 ↗
33. Shinjo · Science · 2000 · 289 · 93010.1126/science.289.5481.930 ↗
34. Wachowiak · Science · 2002 · 298 · 57710.1126/science.1075302 ↗
35. Wren · J. Appl. Phys. · 2015 · 118 · 02390610.1063/1.4926500 ↗
36. Watanabe · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 66310.1038/s41467-018-03003-7 ↗
37. Bohlens · Appl. Phys. Lett. · 2008 · 93 · 14250810.1063/1.2998584 ↗
38. Nakano · Appl. Phys. Lett. · 2011 · 99 · 26250510.1063/1.3673303 ↗
39. Van Waeyenberge · Nature · 2006 · 444 · 46110.1038/nature05240 ↗
40. Yamada · Nat. Mater. · 2007 · 6 · 27010.1038/nmat1867 ↗
41. Lua · Appl. Phys. Lett. · 2008 · 93 · 12250410.1063/1.2989135 ↗
42. Schneider · Appl. Phys. Lett. · 2001 · 79 · 311310.1063/1.1410873 ↗
43. Uhlíř · Nat. Nanotechnol. · 2013 · 8 · 34110.1038/nnano.2013.66 ↗
44. Li · Appl. Phys. Lett. · 2017 · 110 · 26240510.1063/1.4990987 ↗
45. Ghidini · J. Phys. D: Appl. Phys. · 2018 · 51 · 22400710.1088/1361-6463/aabf77 ↗
46. Vansteenkiste · AIP Adv. · 2014 · 4 · 10713310.1063/1.4899186 ↗
47. Michels · J. Appl. Phys. · 2000 · 87 · 595310.1063/1.372577 ↗
48. Kay · Philos. Mag. · 1949 · 7 · 101910.1080/14786444908561371 ↗