In the present study, we investigate a dynamical mode beyond the gyrotropic (G) motion of a magnetic vortex core in a confined magnetic disk of a nano-pillar spin torque nano-oscillator (STNO). It is characterized by the in-plane circular precession associated with a C-shaped magnetization distribution. We show a transition between G- and C-state modes, which is found to be stochastic in a current-controllable range. Supporting our experimental findings with micromagnetic simulations, we believe that the results provide further opportunities for the dynamic and stochastic control of STNOs, which could be interesting to be implemented, for example, in neuromorphic networks.
References
1.
N.
Locatelli
, V.
Cros
, and J.
Grollier
, Nat. Mater.
13
, 11
(2014
).2.
U.
Ebels
, J.
Hem
, A.
Purbawati
, A. R.
Calafora
, C.
Murapaka
, L.
Vila
, K. J.
Merazzo
, E.
Jimenez
, M.-C.
Cyrille
, R.
Ferreira
, M.
Kreissig
, R.
Ma
, F.
Ellinger
, R.
Lebrun
, S.
Wittrock
, V.
Cros
, and P.
Bortolotti
, in Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF/IFC)
(IEEE
, 2017
).3.
R.
Sato
, K.
Kudo
, T.
Nagasawa
, H.
Suto
, and K.
Mizushima
, IEEE Trans. Magn.
48
, 1758
(2012
).4.
H. S.
Choi
, S. Y.
Kang
, S. J.
Cho
, I.-Y.
Oh
, M.
Shin
, H.
Park
, C.
Jang
, B.-C.
Min
, S.-I.
Kim
, S.-Y.
Park
, and C. S.
Park
, Sci. Rep.
4
, 5486
(2015
).5.
A.
Ruiz-Calaforra
, A.
Purbawati
, T.
Brächer
, J.
Hem
, C.
Murapaka
, E.
Jiménez
, D.
Mauri
, A.
Zeltser
, J. A.
Katine
, M.-C.
Cyrille
, L. D.
Buda-Prejbeanu
, and U.
Ebels
, Appl. Phys. Lett.
111
, 082401
(2017
).6.
M.
Kreißig
, S.
Wittrock
, F.
Protze
, R.
Lebrun
, K. J.
Merazzo
, M.-C.
Cyrille
, R.
Ferreira
, P.
Bortolotti
, U.
Ebels
, V.
Cros
, and F.
Ellinger
, in IEEE 60th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS)
(IEEE
, 2017
).7.
A.
Litvinenko
, P.
Sethi
, C.
Murapaka
, A.
Jenkins
, V.
Cros
, P.
Bortolotti
, R.
Ferreria
, B.
Dieny
, and U.
Ebels
, 1905.02443v1.8.
B.
Fang
, M.
Carpentieri
, S.
Louis
, V.
Tiberkevich
, A.
Slavin
, I. N.
Krivorotov
, R.
Tomasello
, A.
Giordano
, H.
Jiang
, J.
Cai
, Y.
Fan
, Z.
Zhang
, B.
Zhang
, J. A.
Katine
, K. L.
Wang
, P. K.
Amiri
, G.
Finocchio
, and Z.
Zeng
, Phys. Rev. Appl.
11
, 014022
(2019
).9.
A. S.
Jenkins
, R.
Lebrun
, E.
Grimaldi
, S.
Tsunegi
, P.
Bortolotti
, H.
Kubota
, K.
Yakushiji
, A.
Fukushima
, G.
de Loubens
, O.
Klein
, S.
Yuasa
, and V.
Cros
, Nat. Nanotechnol.
11
, 360
(2016
).10.
S.
Louis
, V.
Tyberkevych
, J.
Li
, I.
Lisenkov
, R.
Khymyn
, E.
Bankowski
, T.
Meitzler
, I.
Krivorotov
, and A.
Slavin
, IEEE Trans. Magn.
53
, 1
(2017
).11.
J.
Torrejon
, M.
Riou
, F. A.
Araujo
, S.
Tsunegi
, G.
Khalsa
, D.
Querlioz
, P.
Bortolotti
, V.
Cros
, K.
Yakushiji
, A.
Fukushima
, H.
Kubota
, S.
Yuasa
, M. D.
Stiles
, and J.
Grollier
, Nature
547
, 428
(2017
).12.
M.
Romera
, P.
Talatchian
, S.
Tsunegi
, F.
Abreu Araujo
, V.
Cros
, P.
Bortolotti
, J.
Trastoy
, K.
Yakushiji
, A.
Fukushima
, H.
Kubota
, S.
Yuasa
, M.
Ernoult
, D.
Vodenicarevic
, T.
Hirtzlin
, N.
Locatelli
, D.
Querlioz
, and J.
Grollier
, Nature
563
, 230
(2018
).13.
V. S.
Pribiag
, I. N.
Krivorotov
, G. D.
Fuchs
, P. M.
Braganca
, O.
Ozatay
, J. C.
Sankey
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Nat. Phys.
3
, 498
(2007
).14.
A.
Dussaux
, B.
Georges
, J.
Grollier
, V.
Cros
, A.
Khvalkovskiy
, A.
Fukushima
, M.
Konoto
, H.
Kubota
, K.
Yakushiji
, S.
Yuasa
, K.
Zvezdin
, K.
Ando
, and A.
Fert
, Nat. Commun.
1
, 8
(2010
).15.
V.
Novosad
, K. Y.
Guslienko
, H.
Shima
, Y.
Otani
, S. G.
Kim
, K.
Fukamichi
, N.
Kikuchi
, O.
Kitakami
, and Y.
Shimada
, Phys. Rev. B
65
, 060402(R)
(2002
).16.
K. Y.
Guslienko
, W.
Scholz
, R. W.
Chantrell
, and V.
Novosad
, Phys. Rev. B
71
, 144407
(2005
).17.
B.
Ivanov
and C.
Zaspel
, Phys. Rev. Lett.
94
, 027205
(2005
).18.
B.
Taurel
, T.
Valet
, V. V.
Naletov
, N.
Vukadinovic
, G.
de Loubens
, and O.
Klein
, Phys. Rev. B
93
, 184427
(2016
).19.
A. A.
Thiele
, Phys. Rev. Lett.
30
, 230
(1973
).20.
J. P.
Strachan
, V.
Chembrolu
, Y.
Acremann
, X. W.
Yu
, A. A.
Tulapurkar
, T.
Tyliszczak
, J. A.
Katine
, M. J.
Carey
, M. R.
Scheinfein
, H. C.
Siegmann
, and J.
Stöhr
, Phys. Rev. Lett.
100
, 247201
(2008
).21.
W.
Jin
, H.
He
, Y.
Chen
, and Y.
Liu
, J. Appl. Phys.
105
, 013906
(2009
).22.
G. R.
Aranda
, J. M.
Gonzalez
, J. J.
del Val
, and K. Y.
Guslienko
, J. Appl. Phys.
108
, 123914
(2010
).23.
Y.
Kawada
, H.
Naganuma
, A. S.
Demiray
, M.
Oogane
, and Y.
Ando
, Appl. Phys. Lett.
105
, 052407
(2014
).24.
A. S.
Jenkins
, L. S. E.
Alvarez
, P. P.
Freitas
, and R.
Ferreira
, Sci. Rep.
9
, 15661
(2019
).25.
J.
Grollier
, D.
Querlioz
, and M. D.
Stiles
, Proc. IEEE
104
, 2024
(2016
).26.
S. D.
Pyle
, R.
Zand
, S.
Sheikhfaal
, and R. F.
Demara
, IEEE J. Explor. Solid-State Comput. Devices Circuits
5
, 43
(2019
).27.
A.
Slavin
and V.
Tiberkevich
, IEEE Trans. Magn.
45
, 1875
(2009
).28.
S.
Wittrock
, S.
Tsunegi
, K.
Yakushiji
, A.
Fukushima
, H.
Kubota
, P.
Bortolotti
, U.
Ebels
, S.
Yuasa
, G.
Cibiel
, S.
Galliou
, E.
Rubiola
, and V.
Cros
, Phys. Rev. B
99
, 235135
(2019
).29.
S.
Wittrock
, P.
Talatchian
, S.
Tsunegi
, D.
Crété
, K.
Yakushiji
, P.
Bortolotti
, U.
Ebels
, A.
Fukushima
, H.
Kubota
, S.
Yuasa
, J.
Grollier
, G.
Cibiel
, S.
Galliou
, E.
Rubiola
, and V.
Cros
, Sci. Rep.
10
, 13116
(2020
).30.
A.
Vansteenkiste
, J.
Leliaert
, M.
Dvornik
, M.
Helsen
, F.
Garcia-Sanchez
, and B.
Van Waeyenberge
, AIP Adv.
4
, 107133
(2014
).31.
D. C.
Ralph
and M. D.
Stiles
, J. Magn. Magn. Mater.
320
, 1190
(2008
).32.
A.
Dussaux
, A. V.
Khvalkovskiy
, P.
Bortolotti
, J.
Grollier
, V.
Cros
, and A.
Fert
, Phys. Rev. B
86
, 014402
(2012
).33.
A.
Chanthbouala
, R.
Matsumoto
, J.
Grollier
, V.
Cros
, A.
Anane
, A.
Fert
, A. V.
Khvalkovskiy
, K. A.
Zvezdin
, K.
Nishimura
, Y.
Nagamine
, H.
Maehara
, K.
Tsunekawa
, A.
Fukushima
, and S.
Yuasa
, Nat. Phys.
7
, 626
(2011
).© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
