Using micromagnetic simulations, we investigate the voltage control of magnetic vortex polarity based on a designed multiferroic heterostructure that contains two separate piezoelectric films beneath a magnetostrictive nanodisk. The results show that controllable switching of vortex polarity can be achieved by proper modulation of the phase difference between two sinusoidal voltage pulses V1 and V2, which are applied to the two separate piezoelectric films, respectively. The frequencies of V1 and V2 are set at the gyrotropic eigenfrequency fG of the nanodisk, and the vortex polarity switching is completed via the nucleation-annihilation process of the vortex-antivortex pair. Our findings provide an additional effective means for ultralow power switching of the magnetic vortex, which lays the foundation for voltage-controlled vortex random access memory.

1.
Y.
Zheng
and
W. J.
Chen
,
Rep. Prog. Phys.
80
,
086501
(
2017
).
2.
M.
Jaafar
,
R.
Yanes
,
D.
Perez de Lara
,
O.
Chubykalo-Fesenko
,
A.
Asenjo
,
E. M.
Gonzalez
,
J. V.
Anguita
,
M.
Vazquez
, and
J. L.
Vicent
,
Phys. Rev. B
81
,
054439
(
2010
).
3.
B.
Pigeau
,
G.
de Loubens
,
O.
Klein
,
A.
Riegler
,
F.
Lochner
,
G.
Schmidt
,
L. W.
Molenkamp
,
V. S.
Tiberkevich
, and
A. N.
Slavin
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
132506
(
2010
).
4.
L. D.
Geng
and
Y. M.
Jin
,
J. Magn. Magn. Mater.
423
,
84
(
2017
).
5.
H.
Jung
,
Y.-S.
Choi
,
K.-S.
Lee
,
D.-S.
Han
,
Y.-S.
Yu
,
M.-Y.
Im
,
P.
Fischer
, and
S.-K.
Kim
,
ACS Nano
6
,
3712
(
2012
).
6.
N.
Kikuchi
,
S.
Okamoto
,
O.
Kitakami
,
Y.
Shimada
,
S. G.
Kim
,
Y.
Otani
, and
K.
Fukamichi
,
J. Appl. Phys.
90
,
6548
(
2001
).
7.
K.-S.
Lee
,
K. Y.
Guslienko
,
J.-Y.
Lee
, and
S.-K.
Kim
,
Phys. Rev. B
76
,
174410
(
2007
).
8.
B.
Van Waeyenberge
,
A.
Puzic
,
H.
Stoll
,
K. W.
Chou
,
T.
Tyliszczak
,
R.
Hertel
,
M.
Fähnle
,
H.
Brückl
,
K.
Rott
,
G.
Reiss
,
I.
Neudecker
,
D.
Weiss
,
C. H.
Back
, and
G.
Schütz
,
Nature
444
,
461
(
2006
).
9.
Q.
Xiao
,
J.
Rudge
,
B.
Choi
,
Y.
Hong
, and
G.
Donohoe
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
262507
(
2006
).
10.
M.
Sproll
,
M.
Noske
,
H.
Bauer
,
M.
Kammerer
,
A.
Gangwar
,
G.
Dieterle
,
M.
Weigand
,
H.
Stoll
,
G.
Woltersdorf
,
C. H.
Back
, and
G.
Schütz
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
012409
(
2014
).
11.
M.
Noske
,
H.
Stoll
,
M.
Fähnle
,
A.
Gangwar
,
G.
Woltersdorf
,
A.
Slavin
,
M.
Weigand
,
G.
Dieterle
,
J.
Förster
,
C. H.
Back
, and
G.
Schütz
,
J. Appl. Phys.
119
,
173901
(
2016
).
12.
M.-W.
Yoo
,
J.
Lee
, and
S.-K.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
172413
(
2012
).
13.
R.
Wang
and
X.
Dong
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
082402
(
2012
).
14.
X.
Dong
,
Z.
Wang
, and
R.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
112413
(
2014
).
15.
Y.
Liu
,
S.
Gliga
,
R.
Hertel
, and
C. M.
Schneider
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
112501
(
2007
).
16.
W.
Jin
,
H.
He
,
Y.
Chen
, and
Y.
Liu
,
J. Appl. Phys.
105
,
013906
(
2009
).
17.
S.-K.
Kim
,
K.-S.
Lee
,
Y.-S.
Yu
, and
Y.-S.
Choi
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
022509
(
2008
).
18.
H.
Li
,
Y.
Liu
,
M.
Jia
, and
A.
Du
,
J. Magn. Magn. Mater.
386
,
8
(
2015
).
19.
H. N.
Li
,
Z.
Hua
, and
D. F.
Li
,
Chin. Phys. B
26
,
017502
(
2017
).
20.
H.
Li
,
H.
Sun
,
L.
Wang
,
Z.
Xu
,
Y.
Dong
, and
Y.
Liu
,
J. Magn. Magn. Mater.
449
,
145
(
2018
).
21.
J.
Wang
,
G. P.
Li
,
T.
Shimada
,
H.
Fang
, and
T.
Kitamura
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
242413
(
2013
).
22.
G. P.
Li
,
J.
Wang
,
T.
Shimada
,
H.
Fang
, and
T.
Kitamura
,
J. Appl. Phys.
115
,
203911
(
2014
).
23.
T. A.
Ostler
,
R.
Cuadrado
,
R. W.
Chantrell
,
A. W.
Rushforth
, and
S. A.
Cavill
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
067202
(
2015
).
24.
T.
Taniyama
,
J. Phys.: Condens. Matter
27
,
504001
(
2015
).
25.
M. M.
Al-Rashid
,
S.
Bandyopadhyay
, and
J.
Atulasimha
,
IEEE Trans. Electron Devices
63
,
3307
(
2016
).
26.
A. K.
Biswas
,
S.
Bandyopadhyay
, and
J.
Atulasimha
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
232403
(
2014
).
27.
J.
Cui
,
J. L.
Hockel
,
P. K.
Nordeen
,
D. M.
Pisani
,
C.
Liang
,
G. P.
Carman
, and
C. S.
Lynch
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
232905
(
2013
).
28.
H.
Cui
,
L.
Cai
,
S.
Wang
, and
X.
Yang
,
IEEE Magn. Lett.
9
,
4100504
(
2017
).
29.
S. A.
Cavill
,
D. E.
Parkes
,
J.
Miguel
,
S. S.
Dhesi
,
K. W.
Edmonds
,
R. P.
Campion
, and
A. W.
Rushforth
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
032405
(
2013
).
30.
A.
Vansteenkiste
,
J.
Leliaert
,
M.
Dvornik
,
M.
Helsen
,
F.
Garcia-Sanchez
, and
B.
Van Waeyenberge
,
AIP Adv.
4
,
107133
(
2014
).
31.
H.
Cui
,
L.
Cai
,
X.
Yang
,
S.
Wang
,
C.
Feng
,
L.
Xu
, and
M.
Zhang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
50
,
285001
(
2017
).
32.
K. Y.
Guslienko
,
B. A.
Ivanov
,
V.
Novosad
,
Y.
Otani
,
H.
Shima
, and
K.
Fukamichi
,
J. Appl. Phys.
91
,
8037
(
2002
).
33.
K.-S.
Lee
,
S.-K.
Kim
,
Y.-S.
Yu
,
Y.-S.
Choi
,
K. Y.
Guslienko
,
H.
Jung
, and
P.
Fischer
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
267206
(
2008
).
34.
R.
Hertel
and
C. M.
Schneider
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
177202
(
2006
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.