Magnetic skyrmions are topologically protected nanoscale spin textures exhibiting fascinating physical behaviors. Recent observations of room temperature skyrmions in sputtered multilayer films are an important step towards their use in ultra-low power devices. Such practical applications prefer skyrmions to be stable at zero magnetic fields and room temperature. Here, we report the creation of skyrmion lattices in Pt/Co/Ta multilayers by a scanning local field using magnetic force microscopy tips. We also show that those newly created skyrmion lattices are stable at both room temperature and zero fields. Lorentz transmission electron microscopy measurements reveal that the skyrmions in our films are of Néel-type. To gain a deeper understanding of the mechanism behind the creation of a skyrmion lattice by the scanning of local fields, we perform micromagnetic simulations and find the experimental results to be in agreement with our simulation data. This study opens another avenue for the creation of skyrmion lattices in thin films.

1.
I.
Dzyaloshinsky
,
J. Phys. Chem. Solids
4
,
241
(
1958
).
3.
A.
Fert
,
V.
Cros
, and
J.
Sampaio
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
152
(
2013
).
4.
J.
Iwasaki
,
M.
Mochizuki
, and
N.
Nagaosa
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
742
(
2013
).
5.
N.
Nagaosa
and
Y.
Tokura
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
899
(
2013
).
6.
J.
Sampaio
,
V.
Cros
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
839
(
2013
).
7.
X.
Yu
,
N.
Kanazawa
,
W.
Zhang
,
T.
Nagai
,
T.
Hara
,
K.
Kimoto
,
Y.
Matsui
,
Y.
Onose
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Commun.
3
,
988
(
2012
).
8.
W.
Jiang
,
G.
Chen
,
K.
Liu
,
J.
Zang
,
S. G.
te Velthuis
, and
A.
Hoffmann
,
Phys. Rep.
704
,
1
(
2017
).
9.
R.
Tomasello
,
E.
Martinez
,
R.
Zivieri
,
L.
Torres
,
M.
Carpentieri
, and
G.
Finocchio
,
Sci. Rep.
4
,
6784
(
2014
).
10.
G.
Yu
,
P.
Upadhyaya
,
Q.
Shao
,
H.
Wu
,
G.
Yin
,
X.
Li
,
C.
He
,
W.
Jiang
,
X.
Han
,
P. K.
Amiri
, and
K.
Wang
,
Nano Lett.
17
,
261
(
2016
).
11.
X.
Zhang
,
M.
Ezawa
, and
Y.
Zhou
,
Sci. Rep.
5
,
9400
(
2015
).
12.
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
).
13.
F.
Garcia-Sanchez
,
J.
Sampaio
,
N.
Reyren
,
V.
Cros
, and
J.
Kim
,
New J. Phys.
18
,
075011
(
2016
).
14.
S.
Grigoriev
,
V.
Dyadkin
,
E.
Moskvin
,
D.
Lamago
,
T.
Wolf
,
H.
Eckerlebe
, and
S.
Maleyev
,
Phys. Rev. B
79
,
144417
(
2009
).
15.
S.
Mühlbauer
,
B.
Binz
,
F.
Jonietz
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Rosch
,
A.
Neubauer
,
R.
Georgii
, and
P.
Böni
,
Science
323
,
915
(
2009
).
16.
C.
Pappas
,
E.
Lelievre-Berna
,
P.
Falus
,
P.
Bentley
,
E.
Moskvin
,
S.
Grigoriev
,
P.
Fouquet
, and
B.
Farago
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
197202
(
2009
).
17.
F.
Jonietz
,
S.
Mühlbauer
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Neubauer
,
W.
Münzer
,
A.
Bauer
,
T.
Adams
,
R.
Georgii
,
P.
Böni
, and
R.
Duine
,
Science
330
,
1648
(
2010
).
18.
W.
Münzer
,
A.
Neubauer
,
T.
Adams
,
S.
Mühlbauer
,
C.
Franz
,
F.
Jonietz
,
R.
Georgii
,
P.
Böni
,
B.
Pedersen
, and
M.
Schmidt
,
Phys. Rev. B
81
,
041203
(
2010
).
19.
X.
Yu
,
Y.
Onose
,
N.
Kanazawa
,
J.
Park
,
J.
Han
,
Y.
Matsui
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Tokura
,
Nature
465
,
901
(
2010
).
20.
N.
Kanazawa
,
Y.
Onose
,
T.
Arima
,
D.
Okuyama
,
K.
Ohoyama
,
S.
Wakimoto
,
K.
Kakurai
,
S.
Ishiwata
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
156603
(
2011
).
21.
X.
Yu
,
N.
Kanazawa
,
Y.
Onose
,
K.
Kimoto
,
W.
Zhang
,
S.
Ishiwata
,
Y.
Matsui
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Mater.
10
,
106
(
2011
).
22.
A.
Tonomura
,
X.
Yu
,
K.
Yanagisawa
,
T.
Matsuda
,
Y.
Onose
,
N.
Kanazawa
,
H. S.
Park
, and
Y.
Tokura
,
Nano Lett.
12
,
1673
(
2012
).
23.
P.
Milde
,
D.
Köhler
,
J.
Seidel
,
L.
Eng
,
A.
Bauer
,
A.
Chacon
,
J.
Kindervater
,
S.
Mühlbauer
,
C.
Pfleiderer
, and
S.
Buhrandt
,
Science
340
,
1076
(
2013
).
24.
K.
Shibata
,
X.
Yu
,
T.
Hara
,
D.
Morikawa
,
N.
Kanazawa
,
K.
Kimoto
,
S.
Ishiwata
,
Y.
Matsui
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
723
(
2013
).
25.
A.
Fert
,
N.
Reyren
, and
V.
Cros
,
Nat. Rev. Mater.
2
,
17031
(
2017
).
26.
S.
Heinze
,
K.
von Bergmann
,
M.
Menzel
,
J.
Brede
,
A.
Kubetzka
,
R.
Wiesendanger
,
G.
Bihlmayer
, and
S.
Blügel
,
Nat. Phys.
7
,
713
(
2011
).
27.
N.
Romming
,
C.
Hanneken
,
M.
Menzel
,
J. E.
Bickel
,
B.
Wolter
,
K.
von Bergmann
,
A.
Kubetzka
, and
R.
Wiesendanger
,
Science
341
,
636
(
2013
).
28.
A.
Schlenhoff
,
P.
Lindner
,
J.
Friedlein
,
S.
Krause
,
R.
Wiesendanger
,
M.
Weinl
,
M.
Schreck
, and
M.
Albrecht
,
ACS Nano
9
,
5908
(
2015
).
29.
W.
Jiang
,
P.
Upadhyaya
,
W.
Zhang
,
G.
Yu
,
M. B.
Jungfleisch
,
F. Y.
Fradin
,
J. E.
Pearson
,
Y.
Tserkovnyak
,
K. L.
Wang
, and
O.
Heinonen
,
Science
349
,
283
(
2015
).
30.
G.
Yu
,
P.
Upadhyaya
,
X.
Li
,
W.
Li
,
S. K.
Kim
,
Y.
Fan
,
K. L.
Wong
,
Y.
Tserkovnyak
,
P. K.
Amiri
, and
K. L.
Wang
,
Nano Lett.
16
,
1981
(
2016
).
31.
W.
Jiang
,
X.
Zhang
,
G.
Yu
,
W.
Zhang
,
X.
Wang
,
M. B.
Jungfleisch
,
J. E.
Pearson
,
X.
Cheng
,
O.
Heinonen
, and
K. L.
Wang
,
Nat. Phys.
13
,
162
(
2017
).
32.
G.
Chen
,
A.
Mascaraque
,
A. T.
N'Diaye
, and
A. K.
Schmid
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
242404
(
2015
).
33.
H.
Yang
,
A.
Thiaville
,
S.
Rohart
,
A.
Fert
, and
M.
Chshiev
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
267210
(
2015
).
34.
O.
Boulle
,
J.
Vogel
,
H.
Yang
,
S.
Pizzini
,
D.
de Souza Chaves
,
A.
Locatelli
,
T. O.
Menteş
,
A.
Sala
,
L. D.
Buda-Prejbeanu
, and
O.
Klein
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
449
(
2016
).
35.
C.
Moreau-Luchaire
,
C.
Moutafis
,
N.
Reyren
,
J.
Sampaio
,
C.
Vaz
,
N.
Van Horne
,
K.
Bouzehouane
,
K.
Garcia
,
C.
Deranlot
, and
P.
Warnicke
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
444
(
2016
).
36.
J. F.
Pulecio
,
A.
Hrabec
,
K.
Zeissler
,
R. M.
White
,
Y.
Zhu
, and
C. H.
Marrows
, preprint arXiv:1611.06869 (
2016
).
37.
A.
Soumyanarayanan
,
M.
Raju
,
A. L.
Gonzalez Oyarce
,
A. K. C.
Tan
,
M.-Y.
Im
,
A. P.
Petrovic
,
P.
Ho
,
K. H.
Khoo
,
M.
Tran
,
C. K.
Gan
,
F.
Ernult
, and
C.
Panagopoulos
,
Nat. Mater.
16
,
898
(
2017
).
38.
R.
Wiesendanger
,
Nat. Rev. Mater.
1
,
16044
(
2016
).
39.
S.
Woo
,
K.
Litzius
,
B.
Krüger
,
M.-Y.
Im
,
L.
Caretta
,
K.
Richter
,
M.
Mann
,
A.
Krone
,
R. M.
Reeve
, and
M.
Weigand
,
Nat. Mater.
15
,
501
(
2016
).
40.
W.
Legrand
,
D.
Maccariello
,
N.
Reyren
,
K.
Garcia
,
C.
Moutafis
,
C.
Moreau-Luchaire
,
S.
Collin
,
K.
Bouzehouane
,
V.
Cros
, and
A.
Fert
,
Nano Lett.
17
,
2703
(
2017
).
41.
S. D.
Pollard
,
J. A.
Garlow
,
J.
Yu
,
Z.
Wang
,
Y.
Zhu
, and
H.
Yang
,
Nat. Commun.
8
,
14761
(
2017
).
42.
M.
Kleiber
,
F.
Kümmerlen
,
M.
Löhndorf
,
A.
Wadas
,
D.
Weiss
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. B
58
,
5563
(
1998
).
43.
M.
Jaafar
,
A.
Asenjo
, and
M.
Vazquez
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
7
(
3
),
245
250
(
2008
).
44.
P.
van Schendel
,
H.
Hug
,
B.
Stiefel
,
S.
Martin
, and
H.-J.
Güntherodt
,
J. Appl. Phys.
88
,
435
(
2000
).
45.
S.
Vock
,
C.
Hengst
,
M.
Wolf
,
K.
Tschulik
,
M.
Uhlemann
,
Z.
Sasvári
,
D.
Makarov
,
O.
Schmidt
,
L.
Schultz
, and
V.
Neu
,
Appl. Phys. Lett.
105
(
17
),
172409
(
2014
).
46.
C. F.
Reiche
,
S.
Vock
,
V.
Neu
,
L.
Schultz
,
B.
Büchner
, and
T.
Mühl
,
New J. Phys.
17
(
1
),
013014
(
2015
).
47.
V.
Panchal
,
H.
Corte-León
,
B.
Gribkov
,
L. A.
Rodriguez
,
E.
Snoeck
,
A.
Manzin
,
E.
Simonetto
,
S.
Vock
,
V.
Neu
, and
O.
Kazakova
,
Sci. Rep.
7
(
1
),
7224
(
2017
).
48.
N.
Zingsem
,
F.
Ahrend
,
S.
Vock
,
D.
Gottlob
,
I.
Krug
,
H.
Doganay
,
D.
Holzinger
,
V.
Neu
, and
A.
Ehresmann
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
50
(
49
),
495006
(
2017
).
49.
A.
Vansteenkiste
,
J.
Leliaert
,
M.
Dvornik
,
M.
Helsen
,
F.
Garcia-Sanchez
, and
B.
Van Waeyenberge
,
AIP Adv.
4
,
107133
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.