Thin perpendicular magnetic anisotropy films between two soft ferromagnetic layers have the nuclei for magnetization inversion at the bifurcations of their characteristic stripe domain pattern. The inverted nuclei induce vortex-antivortex pairs in the soft magnetic layers that exhibit a correlated motion extending several μm along the magnetic stripes during magnetization reversal. The sense of motion is completely determined by the topology of the magnetic bifurcations causing vortex-antivortex pairs to propagate in opposite senses depending on their polarities. This is a robust effect that might have practical applications. These findings are based on X-ray microscopy and micromagnetic calculations.

1.
2.
M.
Noske
,
H.
Stoll
,
M.
Fähnle
,
R.
Hertel
, and
G.
Schütz
,
Phys. Rev. B
91
,
014414
(
2015
).
3.
T.
Devolder
,
J. V.
Kim
,
M.
Manfrini
,
W.
Van Roy
,
L.
Lagae
, and
C.
Chappert
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
072512
(
2010
).
4.
D. J.
Clarke
,
O. A.
Tretiakov
,
G.-W.
Chern
,
Y. B.
Bazaliy
, and
O.
Tchernyshyov
,
Phys. Rev. B
78
,
134412
(
2008
).
5.
L.
Heyne
,
J.
Rhensius
,
Y.-J.
Cho
,
D.
Bedau
,
S.
Krzyk
,
C.
Dette
,
H. S.
Korner
,
J.
Fischer
,
M.
Laufenberg
,
D.
Backes
,
L. J.
Heyderman
,
L.
Joly
,
F.
Nolting
,
G.
Tatara
,
H.
Kohno
,
S.
Seo
,
U.
Rüdiger
, and
M.
Kläui
,
Phys. Rev. B
80
,
184405
(
2009
).
6.
A.
Ruotolo
,
V.
Cros
,
B.
Georges
,
A.
Dussaux
,
J.
Grollier
,
C.
Deranlot
,
R.
Guillemet
,
K.
Bouzehouane
,
S.
Fusil
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
528
(
2009
).
7.
M.
Manfrini
,
J.-V.
Kim
,
S.
Petit-Watelot
,
W.
Van Roy
,
L.
Lagae
,
C.
Chappert
, and
T.
Devolder
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
121
(
2014
).
8.
S.
Zhang
,
A. A.
Baker
,
S.
Komineas
, and
T.
Hesjedal
,
Sci. Rep.
5
,
15773
(
2015
).
9.
S. A.
Montoya
,
S.
Couture
,
J. J.
Chess
,
J. C. T.
Lee
,
N.
Kent
,
D.
Henze
,
S. K.
Sinha
,
M.-Y.
Im
,
S. D.
Kevan
,
P.
Fischer
,
B. J.
McMorran
,
V.
Lomakin
,
S.
Roy
, and
E. E.
Fullerton
,
Phys. Rev. B
95
,
024415
(
2017
).
10.
C.
Blanco-Roldán
,
C.
Quirós
,
A.
Sorrentino
,
A.
Hierro-Rodríguez
,
L. M.
Álvarez Prado
,
R.
Valcárcel
,
M.
Duch
,
N.
Torras
,
J.
Esteve
,
J. I.
Martín
,
M.
Vélez
,
J. M.
Alameda
,
E.
Pereiro
, and
S.
Ferrer
,
Nat. Commun.
6
,
8196
(
2015
).
11.
A.
Hierro-Rodriguez
,
R.
Cid
,
M.
Vélez
,
G.
Rodriguez-Rodriguez
,
J. I.
Martín
,
L. M. A.
Prado
, and
J. M.
Alameda
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
117202
(
2012
).
12.
A.
Hubert
and
R.
Schäfer
,
Magnetic Domains: The Analysis of Magnetic Nanostructures
(
Springer
,
1998
).
13.
A.
Hierro-Rodriguez
,
M.
Vélez
,
R.
Morales
,
N.
Soriano
,
G.
Rodríguez-Rodríguez
,
L. M.
Álvarez-Prado
,
J. I.
Martín
, and
J. M.
Alameda
,
Phys. Rev. B
88
,
174411
(
2013
).
14.
A.
Hierro-Rodriguez
,
J. M.
Teixeira
,
M.
Velez
,
L. M.
Alvarez-Prado
,
J. I.
Martın
, and
J. M.
Alameda
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
102412
(
2014
).
15.
V.
Vlasko-Vlasov
,
U.
Welp
,
G.
Karapetrov
,
V.
Novosad
,
D.
Rosenmann
,
M.
Iavarone
,
A.
Belkin
, and
W.-K.
Kwok
,
Phys. Rev. B
77
,
134518
(
2008
).
16.
C.
Di Giorgio
,
F.
Bobba
,
A. M.
Cucolo
,
A.
Scarfato
,
S. A.
Moore
,
G.
Karapetrov
,
D.
D'Agostino
,
V.
Novosad
,
V.
Yefremenko
, and
M.
Iavarone
,
Sci. Rep.
6
,
38557
(
2016
).
17.
G.
Siracusano
,
R.
Tomasello
,
A.
Giordano
,
V.
Puliafito
,
B.
Azzerboni
,
O.
Ozatay
,
M.
Carpentieri
, and
G.
Finocchio
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
087204
(
2016
).
18.
D. A.
Gilbert
,
B. B.
Maranville
,
A. L.
Balk
,
B. J.
Kirby
,
P.
Fischer
,
D. T.
Pierce
,
J.
Unguris
,
J. A.
Borchers
, and
K.
Liu
,
Nat. Commun.
6
,
8462
(
2015
).
19.
A.
Hierro-Rodriguez
,
C.
Quirós
,
A.
Sorrentino
,
C.
Blanco-Roldán
,
L. M.
Alvarez-Prado
,
J. I.
Martín
,
J. M.
Alameda
,
E.
Pereiro
,
M.
Vélez
, and
S.
Ferrer
,
Phys. Rev. B
95
,
014430
(
2017
).
20.
C.
Blanco-Roldán
,
Y.
Choi
,
C.
Quirós
,
S. M.
Valvidares
,
R.
Zarate
,
M.
Vélez
,
J. M.
Alameda
,
D.
Haskel
, and
J. I.
Martín
,
Phys. Rev. B
92
,
224433
(
2015
).
21.
E.
Pereiro
,
J.
Nicolas
,
S.
Ferrer
, and
M. R.
Howells
,
J. Synchrotron Radiat.
16
,
505
(
2009
).
22.
A.
Sorrentino
,
J.
Nicolás
,
R.
Valcárcel
,
F. J.
Chichón
,
M.
Rosanes
,
J.
Avila
,
A.
Tkachuk
,
J.
Irwin
,
S.
Ferrer
, and
E.
Pereiro
,
J. Synchrotron Radiat.
22
,
1112
(
2015
).
23.
A.
Vansteenkiste
,
J.
Leliaert
,
M.
Dvornik
,
M.
Helsen
,
F.
Garcia-Sanchez
, and
B.
Van Waeyenberge
,
AIP Adv.
4
,
107133
(
2014
).
24.
G. E.
Rowland
, see http://www.grahamerowlands.com/main/muview/ for Muview.
25.
S. K.
Kim
and
O.
Tchernyshyov
,
Phys. Rev. B
88
,
174402
(
2013
);
M.
Labrune
and
J.
Miltat
,
J. Appl. Phys.
75
,
2156
(
1994
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.