Using a thermoelectric measurement, we demonstrate the nucleation and detection of a single 360° homochiral Néel domain wall (DW), formed by an independently nucleated pair of 180° Néel DWs having the same helicity in a perpendicular magnetic anisotropy track. The DW formation is governed by strong interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) and detected at room temperature using the anomalous Nernst effect (ANE). A large DMI can be generated at an interface where the symmetry is broken between a material having a large spin-orbit coupling and a thin ferromagnetic layer. The ANE voltage, VANET×M, is sensitive to the magnitude of the out-of-plane magnetization M through a confined in-plane temperature gradient ∇T and allows for the direct thermoelectrical detection of the DW position with nanoscale accuracy along the track. Here, we present evidence that independently nucleated pairs of 180° Néel DWs in microwire devices can be brought together by an applied magnetic field to form a 360° homochiral Néel DW. Subsequently, we show that a strong magnetic field needs to be applied in order to annihilate the 360° DW due to the strong interfacial DMI in our Pt/Co(0.6nm)/AlOx multilayers. In addition to enabling a high magnetic storage and data transfer rate with low power consumption in novel computational and storage devices, such DWs facilitate a reduction in bit size down to a few nanometers with metastability.

1.
A. D.
Kent
and
D. C.
Worledge
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
187
190
(
2015
).
2.
M.
Cubukcu
,
O.
Boulle
,
M.
Drouard
,
K.
Garello
,
C. O.
Avci
,
I. M.
Miron
,
J.
Langer
,
B.
Ocker
,
P.
Gambardella
, and
G.
Gaudin
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
042406
(
2014
).
3.
M.
Cubukcu
,
O.
Boulle
,
N.
Mikuszeit
,
C.
Hamelin
,
T.
Brächer
,
N.
Lamard
,
M.-C.
Cyrille
,
L.
Buda-Prejbeanu
,
K.
Garello
,
I. M.
Miron
,
O.
Klein
,
G.
De Loubens
,
V. V.
Naletov
,
J.
Langer
,
B.
Ocker
,
P.
Gambardella
, and
G.
Gaudin
,
IEEE Trans. Magn.
54
,
9300204
(
2018
).
4.
S. S. P.
Parkin
,
M.
Hayashi
, and
L.
Thomas
,
Science
320
,
190
194
(
2008
).
5.
J.
Wunderlich
,
D.
Ravelosona
,
C.
Chappert
,
F.
Cayssol
,
V.
Mathet
,
J.
Ferré
,
J.-P.
Jamet
, and
A.
Thiaville
,
IEEE Trans. Magn.
37
,
2104
(
2001
).
6.
S. F.
Zhang
,
W. L.
Gan
,
J.
Kwon
,
F. L.
Luo
,
G. J.
Lim
,
J. B.
Wang
, and
W. S.
Lew
,
Sci. Rep.
6
,
24804
(
2016
).
7.
P.
Krzysteczko
,
J.
Wells
,
A. F.
Scarioni
,
Z.
Soban
,
T.
Janda
,
X.
Hu
,
V.
Saidl
,
R. P.
Campion
,
R.
Mansell
,
J.
Lee
,
R. P.
Cowburn
,
P.
Nemec
,
O.
Kazakova
,
J.
Wunderlich
, and
H. W.
Schumacher
,
Phys. Rev. B
95
,
220410(R)
(
2017
).
8.
I.
Dzyaloshinsky
,
J. Phys. Chem. Solids
4
,
241
(
1958
).
10.
S.
Emori
,
U.
Bauer
,
S.-M.
Ahn
,
E.
Martinez
, and
G. S. D.
Beach
,
Nat. Mater.
12
,
611
616
(
2013
).
11.
K.-S.
Ryu
,
L.
Thomas
,
S. H.
Yang
, and
S. S. P.
Parkin
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
527
533
(
2013
).
12.
S.
Meckler
,
N.
Mikuszeit
,
A.
Preßler
,
E. Y.
Vedmedenko
,
O.
Pietzsch
, and
R.
Wiesendanger
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
157201
(
2009
).
13.
A.
Fert
,
V.
Cros
, and
J.
Sampaio
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
152
156
(
2013
).
14.
M.
Cubukcu
,
J.
Sampaio
,
K.
Bouzehouane
,
D.
Apalkov
,
A. V.
Khvalkovskiy
,
V.
Cros
, and
N.
Reyren
,
Phys. Rev. B
93
,
020401(R)
(
2016
).
15.
A.
Thiaville
,
S.
Rohart
,
É.
Jué
,
V.
Cros
, and
A.
Fert
,
Europhys. Lett.
100
,
57002
(
2012
).
16.
S. S. P.
Parkin
and
S. H.
Yang
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
195
198
(
2015
).
17.
J.
Sampaio
,
V.
Cros
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
839
844
(
2013
).
18.
U. K.
Robler
,
A. N.
Bogdanov
, and
C.
Pfleiderer
,
Nature
442
,
797
801
(
2006
).
19.
S.
Mühlbauer
,
B.
Binz
,
F.
Jonietz
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Rosch
,
A.
Neubauer
,
R.
Georgii
, and
P.
Böni
,
Science
323
,
915
919
(
2009
).
20.
N.
Nagaosa
and
Y.
Tokura
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
899
911
(
2013
).
21.
C.
Moreau-Luchaire
,
C.
Moutafis
,
N.
Reyren
,
J.
Sampaio
,
C. A. F.
Vaz
,
N.
Van Horne
,
K.
Bouzehouane
,
K.
Garcia
,
C.
Deranlot
,
P.
Warnicke
,
P.
Wohlhüter
,
J.-M.
George
,
M.
Weigand
,
J.
Raabe
,
V.
Cros
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
444
448
(
2016
).
22.
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
506
(
2016
).
23.
K.
Litzius
,
I.
Lemesh
,
B.
Krüger
,
P.
Bassirian
,
L.
Caretta
,
K.
Richter
,
F.
Büttner
,
K.
Sato
,
O. A.
Tretiakov
,
J.
Förster
,
R. M.
Reeve
,
M.
Weigand
,
I.
Bykova
,
H.
Stoll
,
G.
Schütz
,
G. S. D.
Beach
, and
M.
Kläui
,
Nat. Phys.
13
,
170
175
(
2017
).
24.
F.
Büttner
,
I.
Lemesh
,
M.
Schneider
,
B.
Pfau
,
C. M.
Günther
,
P.
Hessing
,
J.
Geilhufe
,
L.
Caretta
,
D.
Engel
,
B.
Krüger
,
J.
Viefhaus
,
S.
Eisebitt
, and
G. S. D.
Beach
,
Nat. Nanotechnol.
12
,
1040
1044
(
2017
).
25.
D.
Maccariello
,
W.
Legrand
,
N.
Reyren
,
K.
Garcia
,
K.
Bouzehouane
,
S.
Collin
,
V.
Cros
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
13
,
233
237
(
2018
).
26.
B.
Rodmacq
,
A.
Manchon
,
C.
Ducruet
,
S.
Auffret
, and
B.
Dieny
,
Phys. Rev. B
79
,
024423
(
2009
).
27.
J.-P.
Tetienne
,
T.
Hingant
,
L. J.
Martinez
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
,
L.
Herrera Diez
,
K.
Garcia
,
J.-P.
Adam
,
J.-V.
Kim
,
J.-F.
Roch
,
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
L.
Vila
,
B.
Ocker
,
D.
Ravelosona
, and
V.
Jacques
,
Nat. Commun.
6
,
6733
(
2015
).
28.
S.
Pizzini
,
J.
Vogel
,
S.
Rohart
,
L. D.
Buda-Prejbeanu
,
E.
Jué
,
O.
Boulle
,
I. M.
Miron
,
C. K.
Safeer
,
S.
Auffret
,
G.
Gaudin
, and
A.
Thiaville
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
047203
(
2014
).
29.
M. J.
Benitez
,
A.
Hrabec
,
A. P.
Mihai
,
T. A.
Moore
,
G.
Burnell
,
D.
McGrouther
,
C. H.
Marrows
, and
S.
McVitie
,
Nat. Commun.
6
,
8957
(
2015
).
30.
A.
Hubert
and
R.
Scha fer
,
Magnetic Domains—The Analysis of Magnetic Microstructures
(
Springer
,
1998
).
31.
R.
Hiramatsu
,
K.-J.
Kim
,
Y.
Nakatani
,
T.
Moriyama
, and
T.
Ono
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
53
,
108001
(
2014
).
32.
M. D.
Mascaro
and
C. A.
Ross
,
Phys. Rev. B
82
,
214411
(
2010
).
33.
Y.
Jang
,
S. R.
Bowden
,
M.
Mascaro
,
J.
Unguris
, and
C.
Ross
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
062407
(
2012
).
34.
J.
Zhang
,
S. A.
Siddiqui
,
P.
Ho
,
J. A.
Currivan-Incorvia
,
L.
Tryputen
,
E.
Lage
,
D. C.
Bono
,
M. A.
Baldo
, and
C. A.
Ross
,
New J. Phys.
18
,
053028
(
2016
).
35.
X.
Zhang
,
M.
Ezawa
, and
Y.
Zhou
,
Sci. Rep.
5
,
9400
(
2015
).
36.
J.
Iwasaki
,
M.
Mochizuki
, and
N.
Nagaosa
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
742
747
(
2013
).
You do not currently have access to this content.