To exploit nanometric magnetic skyrmions as information carriers in high-density storage devices, a method is needed that creates an intended number of skyrmions at specified places in the device preferably at a low energy cost. We theoretically propose that using a system with a fabricated hole or notch, the controlled creation of individual skyrmions can be achieved even when using an external magnetic field applied to the entire specimen. The fabricated defect turns out to work like a catalyst to reduce the energy barrier for the skyrmion creation.

1.
U. K.
Rößler
,
A. N.
Bogdanov
, and
C.
Pfleiderer
,
Nature
442
,
797
(
2006
).
2.
A.
Fert
,
V.
Cros
, and
J.
Sampaio
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
152
(
2013
).
3.
N.
Nagaosa
and
Y.
Tokura
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
899
(
2013
).
4.
M.
Mochizuki
and
S.
Seki
,
J. Phys.: Condens. Matter
27
,
503001
(
2015
).
5.
S.
Seki
and
M.
Mochizuki
,
Skyrmions in Magnetic Materials
, Springer Briefs in Physics (
Springer
,
2016
).
6.
A. N.
Bogdanov
and
D. A.
Yablonskii
,
Sov. Phys. - JETP
68
,
101
(
1989
).
7.
A.
Bogdanov
and
A.
Hubert
,
J. Magn. Magn. Mater.
138
,
255
(
1994
).
8.
F.
Jonietz
,
S.
Mühlbauer
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Neubauer
,
W.
Münzer
,
A.
Bauer
,
T.
Adams
,
R.
Georgii
,
P.
Böni
,
R. A.
Duine
,
K.
Everschor
,
M.
Garst
, and
A.
Rosch
,
Science
330
,
1648
(
2010
).
9.
X. Z.
Yu
,
N.
Kanazawa
,
W. Z.
Zhang
,
T.
Nagai
,
T.
Hara
,
K.
Kimoto
,
Y.
Matsui
,
Y.
Onose
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Commun.
3
,
988
(
2012
).
10.
J.
Iwasaki
,
M.
Mochizuki
, and
N.
Nagaosa
,
Nat. Commun.
4
,
1463
(
2013
).
11.
T.
Schulz
,
R.
Ritz
,
A.
Bauer
,
M.
Halder
,
M.
Wagner
,
C.
Franz
,
C.
Pfleiderer
,
K.
Everschor
,
M.
Garst
, and
A.
Rosch
,
Nat. Phys.
8
,
301
(
2012
).
12.
K.
Everschor
,
M.
Garst
,
R. A.
Duine
, and
A.
Rosch
,
Phys. Rev. B
84
,
064401
(
2011
).
13.
J.
Zang
,
M.
Mostovoy
,
J. H.
Han
, and
N.
Nagaosa
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
136804
(
2011
).
14.
C.
Reichhardt
,
D.
Ray
, and
C. J. O.
Reichhardt
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
217202
(
2015
).
15.
J.
Iwasaki
,
M.
Mochizuki
, and
N.
Nagaosa
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
742
(
2013
).
16.
J.
Sampaio
,
V.
Cros
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
839
(
2013
).
17.
Y.
Zhou
and
M.
Ezawa
,
Nat. Commun.
5
,
4652
(
2014
).
18.
W.
Jiang
,
P.
Upadhyaya
,
W.
Zhang
,
G.
Yu
,
M. B.
Jungfleisch
,
F. Y.
Fradin
,
J. E.
Pearson
,
Y.
Tserkovnyak
,
K. L.
Wang
,
O.
Heinonen
,
S. G. E.
te Velthuis
, and
A.
Hoffmann
,
Science
349
,
283
(
2015
).
19.
W.
Koshibae
,
Y.
Kaneko
,
J.
Iwasaki
,
M.
Kawasaki
,
Y.
Tokura
, and
N.
Nagaosa
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
54
,
053001
(
2015
).
20.
F.
Büttner
,
C.
Moutafis
,
M.
Schneider
,
B.
Krüger
,
C. M.
Günther
,
J.
Geilhufe
,
C. v.
Korff Schmising
,
J.
Mohanty
,
B.
Pfau
,
S.
Schaffert
,
A.
Bisig
,
M.
Foerster
,
T.
Schulz
,
C. A. F.
Vaz
,
J. H.
Franken
,
H. J. M.
Swagten
,
M.
Kläui
, and
S.
Eisebitt
,
Nat. Phys.
11
,
225
(
2015
).
21.
S.
Woo
,
K.
Litzius
,
B.
Krüger
,
M.-Y.
Im
,
L.
Caretta
,
K.
Richter
,
M.
Mann
,
A.
Krone
,
R. M.
Reeve
,
M.
Weigand
,
P.
Agrawal
,
I.
Lemesh
,
M.-A.
Mawass
,
P.
Fischer
,
M.
Kläui
, and
G. S. D.
Beach
,
Nat. Mater.
15
,
501
(
2016
).
22.
M.
Mochizuki
,
Adv. Electron. Mater.
1
,
1500180
(
2015
).
23.
M.
Mochizuki
and
Y.
Watanabe
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
082409
(
2015
).
24.
Y.
Okamura
,
F.
Kagawa
,
S.
Seki
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Commun.
7
,
12669
(
2016
).
25.
N.
Romming
,
C.
Hanneken
,
M.
Menzel
,
J. E.
Bickel
,
B.
Wolter
,
K.
von Bergmann
,
A.
Kubetzka
, and
R.
Wiesendanger
,
Science
341
,
636
(
2013
).
26.
M.
Finazzi
,
M.
Savoini
,
A. R.
Khorsand
,
A.
Tsukamoto
,
A.
Itoh
,
L.
Duúo
,
A.
Kirilyuk
,
T.
Rasing
, and
M.
Ezawa
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
177205
(
2013
).
27.
W.
Koshibae
and
N.
Nagaosa
,
Nat. Commun.
5
,
5148
(
2014
).
28.
H.
Oike
,
A.
Kikkawa
,
N.
Kanazawa
,
Y.
Taguchi
,
M.
Kawasaki
,
Y.
Tokura
, and
F.
Kagawa
,
Nat. Phys.
12
,
62
(
2016
).
29.
Y.
Liu
,
G.
Yin
,
J.
Zang
,
J.
Shi
, and
R. K.
Lake
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
152411
(
2015
).
30.
Y.
Nii
,
T.
Nakajima
,
A.
Kikkawa
,
Y.
Yamasaki
,
K.
Ohishi
,
J.
Suzuki
,
Y.
Taguchi
,
T.
Arima
,
Y.
Tokura
, and
Y.
Iwasa
,
Nat. Commun.
6
,
8539
(
2015
).
31.
P.
Bak
and
M. H.
Jensen
,
J. Phys. C: Solid State Phys.
13
,
L881
(
1980
).
32.
S. D.
Yi
,
S.
Onoda
,
N.
Nagaosa
, and
J. H.
Han
,
Phys. Rev. B
80
,
054416
(
2009
).
33.
S.
Seki
,
X. Z.
Yu
,
S.
Ishiwata
, and
Y.
Tokura
,
Science
336
,
198
(
2012
).
34.
T.
Adams
,
A.
Chacon
,
M.
Wagner
,
A.
Bauer
,
G.
Brandl
,
B.
Pedersen
,
H.
Berger
,
P.
Lemmens
, and
C.
Pfleiderer
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
237204
(
2012
).
35.
S.
Mühlbauer
,
B.
Binz
,
F.
Jonietz
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Rosch
,
A.
Neubauer
,
R.
Georgii
, and
P.
Böni
,
Science
323
,
915
(
2009
).
36.
X. Z.
Yu
,
Y.
Onose
,
N.
Kanazawa
,
J. H.
Park
,
J. H.
Han
,
Y.
Matsui
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Tokura
,
Nature
465
,
901
(
2010
).
37.
A.
Tonomura
,
X. Z.
Yu
,
K.
Yanagisawa
,
T.
Matsuda
,
Y.
Onose
,
N.
Kanazawa
,
H. S.
Park
, and
Y.
Tokura
,
Nano Lett.
12
,
1673
(
2012
).
38.
R.
Tomasello
,
E.
Martinez
,
R.
Zivieri
,
L.
Torres
,
M.
Carpentieri
, and
G.
Finocchio
,
Sci. Rep.
4
,
6784
(
2014
).
39.
A.
Soumyanarayanan
,
N.
Reyren
,
A.
Fert
, and
C.
Panagopoulos
,
Nature
539
,
509
(
2016
).
40.
I.
Kézsmárki
,
S.
Bordács
,
P.
Milde
,
E.
Neuber
,
L. M.
Eng
,
J. S.
White
,
H. M.
Rønnow
,
C. D.
Dewhurst
,
M.
Mochizuki
,
K.
Yanai
,
H.
Nakamura
,
D.
Ehlers
,
V.
Tsurkan
, and
A.
Loidl
,
Nat. Mater.
14
,
1116
(
2015
).
41.
G.
Finocchio
,
F.
Büttner
,
R.
Tomasello
,
M.
Carpentieri
, and
M.
Kläui
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
49
,
423001
(
2016
).
42.
X.
Zhang
,
M.
Ezawa
, and
Y.
Zhou
,
Sci. Rep.
5
,
9400
(
2015
).
43.
M.
Mochizuki
and
S.
Seki
,
Phys. Rev. B
87
,
134403
(
2013
).
44.
Y.
Okamura
,
F.
Kagawa
,
M.
Mochizuki
,
M.
Kubota
,
S.
Seki
,
S.
Ishiwata
,
M.
Kawasaki
,
Y.
Onose
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Commun.
4
,
2391
(
2013
).
45.
G.
Finocchio
,
M.
Ricci
,
R.
Tomasello
,
A.
Giordano
,
M.
Lanuzza
,
V.
Puliafito
,
P.
Burrascano
,
B.
Azzerboni
, and
M.
Carpentieri
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
262401
(
2015
).
46.
R. H.
Liu
,
W. L.
Lim
, and
S.
Urazhdin
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
137201
(
2015
).
47.
Y.
Zhou
,
E.
Iacocca
,
A. A.
Awad
,
R. K.
Dumas
,
F. C.
Zhang
,
H. B.
Braun
, and
J.
Akerman
,
Nat. Commun.
6
,
8193
(
2015
).
48.
M.
Carpentieri
,
R.
Tomasello
,
R.
Zivieri
, and
G.
Finocchio
,
Sci. Rep.
5
,
16184
(
2015
).
49.
S.
Zhang
,
J.
Wang
,
Q.
Zheng
,
Q.
Zhu
,
X.
Liu
,
S.
Chen
,
C.
Jin
,
Q.
Liu
,
C.
Jia
, and
D.
Xue
,
New J. Phys.
17
,
023061
(
2015
).
You do not currently have access to this content.