Micromagnetic simulations are used to investigate the motion of magnetic skyrmions in an in-plane strain gradient. The skyrmion diameter and energy are found to depend on the strain, which leads to a force that moves the skyrmion toward regions with higher strain. An analytical expression for the skyrmion velocity as a function of the strain gradient is derived assuming a rigid profile for the skyrmion, and good agreement with simulations is obtained. Furthermore, electromechanical simulations of a hybrid ferromagnetic/piezoelectric device show that the in-plane strain gradients needed to move skyrmions can be achieved by applying moderate voltages in the piezoelectric substrate, which offers an original way to control skyrmion motion efficiently.

1.
A.
Bogdanov
and
A.
Hubert
,
J. Magn. Magn. Mater.
138
,
255
(
1994
).
2.
U. K.
Röß ler
,
A. N.
Bogdanov
, and
C.
Pfleiderer
,
Nature
442
,
797
(
2006
).
3.
S.
Mühlbauer
,
B.
Binz
,
F.
Jonietz
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Rosch
,
A.
Neubauer
,
R.
Georgii
, and
P.
Böni
,
Science
323
,
915
(
2009
).
4.
A.
Fert
,
V.
Cros
, and
J.
Sampaio
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
152
(
2013
).
5.
N.
Nagaosa
and
Y.
Tokura
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
899
(
2013
).
6.
A. O.
Leonov
,
T. L.
Monchesky
,
N.
Romming
,
A.
Kubetzka
,
A. N.
Bogdanov
, and
R.
Wiesendanger
,
New J. Phys.
18
,
065003
(
2016
).
7.
K.
Everschor-Sitte
,
J.
Masell
,
R. M.
Reeve
, and
M.
Kläui
,
J. Appl. Phys.
124
,
240901
(
2018
).
8.
A.
Fert
,
N.
Reyren
, and
V.
Cros
,
Nat. Rev. Mater.
2
,
17031
(
2017
).
9.
X.
Zhang
,
Y.
Zhou
,
K. M.
Song
,
T.-E.
Park
,
J.
Xia
,
M.
Ezawa
,
X.
Liu
,
W.
Zhao
,
G.
Zhao
, and
S.
Woo
, preprint arXiv:1906.04718 (
2019
).
10.
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
).
11.
J.
Sampaio
,
V.
Cros
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
839
(
2013
).
12.
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
).
13.
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
).
14.
P.
Upadhyaya
,
G.
Yu
,
P. K.
Amiri
, and
K. L.
Wang
,
Phys. Rev. B
92
,
134411
(
2015
).
15.
C.
Ma
,
X.
Zhang
,
J.
Xia
,
M.
Ezawa
,
W.
Jiang
,
T.
Ono
,
S. N.
Piramanayagam
,
A.
Morisako
,
Y.
Zhou
, and
X.
Liu
,
Nano Lett.
19
,
353
(
2019
).
16.
C.
Wang
,
D.
Xiao
,
X.
Chen
,
Y.
Zhou
, and
Y.
Liu
,
New J. Phys.
19
,
083008
(
2017
).
17.
F.
Büttner
,
C.
Moutafis
,
M.
Schneider
,
B.
Krüger
,
C. M.
Günther
,
J.
Geilhufe
,
C. V. K.
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
).
18.
L.
Kong
and
J.
Zang
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
067203
(
2013
).
19.
S.-Z.
Lin
,
C. D.
Batista
,
C.
Reichhardt
, and
A.
Saxena
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
187203
(
2014
).
20.
G.
Zhang
,
Y.
Tian
,
Y.
Deng
,
D.
Jiang
, and
S.
Deng
,
J. Nanotechnol.
2018
,
2602913
.
21.
W.
Kang
,
Y.
Huang
,
C.
Zheng
,
W.
Lv
,
N.
Lei
,
Y.
Zhang
,
X.
Zhang
,
Y.
Zhou
, and
W.
Zhao
,
Sci. Rep.
6
,
23164
(
2016
).
22.
X.
Wang
,
W. L.
Gan
,
J. C.
Martinez
,
F. N.
Tan
,
M. B. A.
Jalil
, and
W. S.
Lew
,
Nanoscale
10
,
733
(
2018
).
23.
R.
Tomasello
,
S.
Komineas
,
G.
Siracusano
,
M.
Carpentieri
, and
G.
Finocchio
,
Phys. Rev. B
98
,
024421
(
2018
).
24.
Y.
Liu
,
N.
Lei
,
C.
Wang
,
X.
Zhang
,
W.
Kang
,
D.
Zhu
,
Y.
Zhou
,
X.
Liu
,
Y.
Zhang
, and
W.
Zhao
,
Phys. Rev. Appl.
11
,
014004
(
2019
).
25.
N.
Lei
,
T.
Devolder
,
G.
Agnus
,
P.
Aubert
,
L.
Daniel
,
J.-V.
Kim
,
W.
Zhao
,
T.
Trypiniotis
,
R. P.
Cowburn
,
C.
Chappert
,
D.
Ravelosona
, and
P.
Lecoeur
,
Nat. Commun.
4
,
1378
(
2013
).
26.
V.
Sampath
,
N.
D'Souza
,
G. M.
Atkinson
,
S.
Bandyopadhyay
, and
J.
Atulasimha
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
102403
(
2016
).
27.
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
).
28.
S.
Seki
,
Y.
Okamura
,
K.
Shibata
,
R.
Takagi
,
N. D.
Khanh
,
F.
Kagawa
,
T.
Arima
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. B
96
,
220404
(
2017
).
29.
Y.
Liu
,
N.
Lei
,
W.
Zhao
,
W.
Liu
,
A.
Ruotolo
,
H.-B.
Braun
, and
Y.
Zhou
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
022406
(
2017
).
30.
Z.
Li
,
Y.
Zhang
,
Y.
Huang
,
C.
Wang
,
X.
Zhang
,
Y.
Liu
,
Y.
Zhou
,
W.
Kang
,
S. C.
Koli
, and
N.
Lei
,
J. Magn. Magn. Mater.
455
,
19
(
2018
).
31.
J.-M.
Hu
,
T.
Yang
, and
L.-Q.
Chen
,
npj Comput. Mater.
4
,
62
(
2018
).
32.
COMSOL Multiphysics AB
,
COMSOL Multiphysics User's Guide, 4.3 Version
(
COMSOL Multiphysics AB
,
2012
).
33.
A. T.
Hindmarch
,
A. W.
Rushforth
,
R. P.
Campion
,
C. H.
Marrows
, and
B. L.
Gallagher
,
Phys. Rev. B
83
,
212404
(
2011
).
34.
T. L.
Gilbert
,
IEEE Trans. Magn.
40
,
3443
(
2004
).
35.
C.-Y.
Liang
,
S. M.
Keller
,
A. E.
Sepulveda
,
A.
Bur
,
W.-Y.
Sun
,
K.
Wetzlar
, and
G. P.
Carman
,
Nanotechnology
25
,
435701
(
2014
).
36.
G.
Consolo
and
G.
Valenti
,
J. Appl. Phys.
121
,
043903
(
2017
).
37.
A.
Vansteenkiste
,
J.
Leliaert
,
M.
Dvornik
,
M.
Helsen
,
F.
Garcia-Sanchez
, and
B.
Van Waeyenberge
,
AIP Adv.
4
,
107133
(
2014
).
38.
M.
Voto
,
L.
Lopez-Diaz
, and
E.
Martinez
,
Sci. Rep.
7
,
13559
(
2017
).
39.
L.
Herrera Diez
,
F.
García-Sánchez
,
J.-P.
Adam
,
T.
Devolder
,
S.
Eimer
,
M. S.
El Hadri
,
A.
Lamperti
,
R.
Mantovan
,
B.
Ocker
, and
D.
Ravelosona
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
032401
(
2015
).
40.
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
).
41.
W.
Jiang
,
X.
Zhang
,
G.
Yu
,
W.
Zhang
,
X.
Wang
,
M.
Benjamin Jungfleisch
,
J. E.
Pearson
,
X.
Cheng
,
O.
Heinonen
,
K. L.
Wang
,
Y.
Zhou
,
A.
Hoffmann
, and
S. G. E.
te Velthuis
,
Nat. Phys.
13
,
162
(
2017
).
42.
A. A.
Thiele
,
Phys. Rev. Lett.
30
,
230
(
1973
).
43.
J.
Iwasaki
,
M.
Mochizuki
, and
N.
Nagaosa
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
742
(
2013
).
44.
V.
Raposo
,
R. F.
Luis Martinez
, and
E.
Martinez
,
AIP Adv.
7
,
056017
(
2017
).
45.
C.-F.
Pai
,
L.
Liu
,
Y.
Li
,
H. W.
Tseng
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
122404
(
2012
).
46.
R.
Tomasello
,
E.
Martinez
,
R.
Zivieri
,
L.
Torres
,
M.
Carpentieri
, and
G.
Finocchio
,
Sci. Rep.
4
,
6784
(
2015
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.