D019-Mn3Sn, an antiferromagnet having a non-collinear spin structure in a kagome lattice, has attracted great attention owing to various intriguing properties such as large anomalous Hall effect. Stability of a magnetic state against thermal fluctuation, characterized in general by the thermal stability factor Δ, has been well studied in ferromagnetic systems but not for antiferromagnets. Here, we study Δ of the antiferromagnetic Mn3Sn nanodots as a function of their diameter D. To quantify Δ, we measure the switching probability as a function of the pulse-field amplitude and analyze the results based on a model taking account of two and sixfold magnetic anisotropies in the kagome plane. We observe no significant change in Δ down to D = 300 nm below which it decreases with D. The obtained D dependence is well explained by a single-domain and nucleation-mediated reversal models. These findings provide a basis to understand the thermal fluctuation and reversal mechanism of antiferromagnets for device applications.

1.
T.
Jungwirth
,
X.
Marti
,
P.
Wadley
, and
J.
Wunderlich
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
231
(
2016
).
2.
V.
Baltz
,
A.
Manchon
,
M.
Tsoi
,
T.
Moriyama
,
T.
Ono
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Rev. Mod. Phys.
90
,
015005
(
2018
).
3.
J.
Železný
,
P.
Wadley
,
K.
Olejník
,
A.
Hoffmann
, and
H.
Ohno
,
Nat. Phys.
14
,
220
(
2018
).
4.
S.
Fukami
,
V. O.
Lorenz
, and
O.
Gomonay
,
J. Appl. Phys.
128
,
070401
(
2020
).
5.
S.
Nakatsuji
,
N.
Kiyohara
, and
T.
Higo
,
Nature
527
,
212
(
2015
).
6.
A. K.
Nayak
,
J. E.
Fischer
,
Y.
Sun
,
B.
Yan
,
J.
Karel
,
A. C.
Komarek
,
C.
Shekhar
,
N.
Kumar
,
W.
Schnelle
,
J.
Kübler
,
C.
Felser
, and
S. S. P.
Parkin
,
Sci. Adv.
2
,
e1501870
(
2016
).
7.
Z. Q.
Liu
,
H.
Chen
,
J. M.
Wang
,
J. H.
Liu
,
K.
Wang
,
Z. X.
Feng
,
H.
Yan
,
X. R.
Wang
,
C. B.
Jiang
,
J. M. D.
Coey
, and
A. H.
MacDonald
,
Nat. Electron.
1
,
172
(
2018
).
8.
T.
Higo
,
D.
Qu
,
Y.
Li
,
C. L.
Chien
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
202402
(
2018
).
9.
T.
Ikeda
,
M.
Tsunoda
,
M.
Oogane
,
S.
Oh
,
T.
Morita
, and
Y.
Ando
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
222405
(
2018
).
10.
H.
Reichlova
,
T.
Janda
,
J.
Godinho
,
A.
Markou
,
D.
Kriegner
,
R.
Schlitz
,
J.
Zelezny
,
Z.
Soban
,
M.
Bejarano
,
H.
Schultheiss
,
P.
Nemec
,
T.
Jungwirth
,
C.
Felser
,
J.
Wunderlich
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Nat. Commun.
10
,
5459
(
2019
).
11.
J.
Yoon
,
Y.
Takeuchi
,
R.
Itoh
,
S.
Kanai
,
S.
Fukami
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Express
13
,
013001
(
2020
).
12.
H.
Iwaki
,
M.
Kimata
,
T.
Ikebuchi
,
Y.
Kobayashi
,
K.
Oda
,
Y.
Shiota
,
T.
Ono
, and
T.
Moriyama
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
022408
(
2020
).
13.
H.
Tsai
,
T.
Higo
,
K.
Kondou
,
T.
Nomoto
,
A.
Sakai
,
A.
Kobayashi
,
T.
Nakano
,
K.
Yakushiji
,
R.
Arita
,
S.
Miwa
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Nature
580
,
608
(
2020
).
14.
S.
Arpaci
,
V.
Lopez-Dominguez
,
J.
Shi
,
L.
Sánchez-Tejerina
,
F.
Garesci
,
C.
Wang
,
X.
Yan
,
V. K.
Sangwan
,
M. A.
Grayson
,
M. C.
Hersam
,
G.
Finocchio
, and
P.
Khalili Amiri
,
Nat. Commun.
12
,
3828
(
2021
).
15.
B.
Pal
,
B. K.
Hazra
,
B.
Göbel
,
J.-C.
Jeon
,
A. K.
Pandeya
,
A.
Chakraborty
,
O.
Busch
,
A. K.
Srivastava
,
H.
Deniz
,
J. M.
Taylor
,
H.
Meyerheim
,
I.
Mertig
,
S.-H.
Yang
, and
S. S. P.
Parkin
,
Sci. Adv.
8
,
eabo5930
(
2022
).
16.
T.
Higo
,
K.
Kondou
,
T.
Nomoto
,
M.
Shiga
,
S.
Sakamoto
,
X.
Chen
,
D.
Nishio-Hamane
,
R.
Arita
,
Y.
Otani
,
S.
Miwa
, and
S.
Nakatsuji
,
Nature
607
,
474
(
2022
).
17.
Y.
Takeuchi
,
Y.
Yamane
,
J.-Y.
Yoon
,
R.
Itoh
,
B.
Jinnai
,
S.
Kanai
,
J.
Ieda
,
S.
Fukami
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
20
,
1364
(
2021
).
18.
G. Q.
Yan
,
S.
Li
,
H.
Lu
,
M.
Huang
,
Y.
Xiao
,
L.
Wernert
,
J. A.
Brock
,
E. E.
Fullerton
,
H.
Chen
,
H.
Wang
, and
C. R.
Du
,
Adv. Mater.
34
,
2200327
(
2022
).
19.
J. Z.
Sun
,
R. P.
Robertazzi
,
J.
Nowak
,
P. L.
Trouilloud
,
G.
Hu
,
D. W.
Abraham
,
M. C.
Gaidis
,
S. L.
Brown
,
E. J.
O’Sullivan
,
W. J.
Gallagher
, and
D. C.
Worledge
,
Phys. Rev. B
84
,
064413
(
2011
).
20.
H.
Sato
,
M.
Yamanouchi
,
K.
Miura
,
S.
Ikeda
,
H. D.
Gan
,
K.
Mizunuma
,
R.
Koizumi
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
042501
(
2011
).
21.
H.
Sato
,
E. C. I.
Enobio
,
M.
Yamanouchi
,
S.
Ikeda
,
S.
Fukami
,
S.
Kanai
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
062403
(
2014
).
22.
G. D.
Chaves-O’Flynn
,
G.
Wolf
,
J. Z.
Sun
, and
A. D.
Kent
,
Phys. Rev. Appl.
4
,
024010
(
2015
).
23.
L.
Thomas
,
G.
Jan
,
S.
Le
,
Y.-J.
Lee
,
H.
Liu
,
J.
Zhu
,
S.
Serrano-Guisan
,
R.-Y.
Tong
,
K.
Pi
,
D.
Shen
,
R.
He
,
J.
Haq
,
Z.
Teng
,
R.
Annapragada
,
V.
Lam
,
Y.-J.
Wang
,
T.
Zhong
,
T.
Torng
, and
P.-K.
Wang
, in
2015 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
(
IEEE
,
Washington, D.C
.,
2015
), p.
26.4.1
26.4.4
.
24.
E. C. I.
Enobio
,
M.
Bersweiler
,
H.
Sato
,
S.
Fukami
, and
H.
Ohno
,
Jpn. J. Appl. Phys.
57
,
04FN08
(
2018
).
25.
M.
Meinert
,
D.
Graulich
, and
T.
Matalla-Wagner
,
Phys. Rev. Appl.
9
,
064040
(
2018
).
26.
T.
Matsuo
,
T.
Higo
,
D.
Nishio-Hamane
, and
S.
Nakatsuji
,
Appl. Phys. Lett.
121
,
013103
(
2022
).
27.
S.
Tomiyoshi
and
Y.
Yamaguchi
,
J. Phys. Soc. Jpn.
51
,
2478
(
1982
).
28.
P. J.
Brown
,
V.
Nunez
,
F.
Tasset
,
J. B.
Forsyth
, and
P.
Radhakrishna
,
J. Phys.: Condens. Matter
2
,
9409
(
1990
).
29.
J.
Liu
and
L.
Balents
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
087202
(
2017
).
30.
J.-Y.
Yoon
,
Y.
Takeuchi
,
S.
DuttaGupta
,
Y.
Yamane
,
S.
Kanai
,
J.
Ieda
,
H.
Ohno
, and
S.
Fukami
,
AIP Adv.
11
,
065318
(
2021
).
31.
T.
Uchimura
,
J.-Y.
Yoon
,
Y.
Sato
,
Y.
Takeuchi
,
S.
Kanai
,
R.
Takechi
,
K.
Kishi
,
Y.
Yamane
,
S.
DuttaGupta
,
J.
Ieda
,
H.
Ohno
, and
S.
Fukami
,
Appl. Phys. Lett.
120
,
172405
(
2022
).
32.
T. F.
Duan
,
W. J.
Ren
,
W. L.
Liu
,
S. J.
Li
,
W.
Liu
, and
Z. D.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
082403
(
2015
).
33.
T.
Dombre
and
N.
Read
,
Phys. Rev. B
39
,
6797
(
1989
).
34.
O.
Gomonay
,
Phys. Rev. B
91
,
144421
(
2015
).
35.
Y.
Yamane
,
O.
Gomonay
, and
J.
Sinova
,
Phys. Rev. B
100
,
054415
(
2019
).
36.
J. M. D.
Coey
,
Magnetism and Magnetic Materials
(
Cambridge University Press
,
England
,
2010
).
37.
H.
Sato
,
M.
Yamanouchi
,
K.
Miura
,
S.
Ikeda
,
R.
Koizumi
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
IEEE Magn. Lett.
3
,
3000204
(
2012
).
38.
Y.
Takeuchi
,
H.
Sato
,
S.
Fukami
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
152405
(
2015
).
39.
H.
Bai
,
W.
Zhu
,
Y.
You
,
X.
Chen
,
X.
Zhou
,
F.
Pan
, and
C.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
052404
(
2020
).
You do not currently have access to this content.