The generation of topological spin textures under ultrafast laser pulse excitations and field-free manipulation of topological transitions between different spin textures has attracted enormous interest from the perspective of spintronic applications. Here, we utilize ultrafast electron microscopy to showcase the femtosecond laser pulses excitation on magnetic materials and have generated multiple topological spin textures in an amorphous ferrimagnetic TbFeCo film. Furthermore, the following field-free topological transitions between skyrmions and bubbles with diversified topology are identified via in situ heating the sample in Lorentz transmission electron microscopy. The critical role of uniaxial anisotropy variation on changing the magnetic textures during the heating process is confirmed by micromagnetic simulations. Our results provide a perspective on the generation and transformation of topological spin textures.

1.
N.
Nagaosa
and
Y.
Tokura
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
899
(
2013
).
2.
A.
Fert
,
N.
Reyren
, and
V.
Cros
,
Nat. Rev. Mater.
2
,
17031
(
2017
).
3.
X. Z.
Yu
,
Y.
Onose
,
N.
Kanazawa
,
J. H.
Park
,
J. H.
Han
,
Y.
Matsui
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Tokura
,
Nature
465
,
901
(
2010
).
4.
W.
Wang
,
D.
Song
,
W.
Wei
,
P.
Nan
,
S.
Zhang
,
B.
Ge
,
M.
Tian
,
J.
Zang
, and
H.
Du
,
Nat. Commun.
13
,
1593
(
2022
).
5.
X. Z.
Yu
,
D.
Morikawa
,
Y.
Tokunaga
,
M.
Kubota
,
T.
Kurumaji
,
H.
Oike
,
M.
Nakamura
,
F.
Kagawa
,
Y.
Taguchi
,
T.
Arima
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Tokura
,
Adv. Mater.
29
,
1606178
(
2017
).
6.
S. G.
Je
,
P.
Vallobra
,
T.
Srivastava
,
J. C.
Rojas-Sanchez
,
T. H.
Pham
,
M.
Hehn
,
G.
Malinowski
,
C.
Baraduc
,
S.
Auffret
,
G.
Gaudin
,
S.
Mangin
,
H.
Bea
, and
O.
Boulle
,
Nano Lett.
18
,
7362
7371
(
2018
).
7.
F.
Buttner
,
B.
Pfau
,
M.
Bottcher
,
M.
Schneider
,
G.
Mercurio
,
C. M.
Gunther
,
P.
Hessing
,
C.
Klose
,
A.
Wittmann
,
K.
Gerlinger
,
L. M.
Kern
,
C.
Struber
,
C.
von Korff Schmising
,
J.
Fuchs
,
D.
Engel
,
A.
Churikova
,
S.
Huang
,
D.
Suzuki
,
I.
Lemesh
,
M.
Huang
,
L.
Caretta
,
D.
Weder
,
J. H.
Gaida
,
M.
Moller
,
T. R.
Harvey
,
S.
Zayko
,
K.
Bagschik
,
R.
Carley
,
L.
Mercadier
,
J.
Schlappa
,
A.
Yaroslavtsev
,
L.
Le Guyarder
,
N.
Gerasimova
,
A.
Scherz
,
C.
Deiter
,
R.
Gort
,
D.
Hickin
,
J.
Zhu
,
M.
Turcato
,
D.
Lomidze
,
F.
Erdinger
,
A.
Castoldi
,
S.
Maffessanti
,
M.
Porro
,
A.
Samartsev
,
J.
Sinova
,
C.
Ropers
,
J. H.
Mentink
,
B.
Dupe
,
G. S. D.
Beach
, and
S.
Eisebitt
,
Nat. Mater.
20
,
30
37
(
2021
).
8.
Z.
Li
,
H.
Zhang
,
G.
Li
,
J.
Guo
,
Q.
Wang
,
Y.
Deng
,
Y.
Hu
,
X.
Hu
,
C.
Liu
,
M.
Qin
,
X.
Shen
,
R.
Yu
,
X.
Gao
,
Z.
Liao
,
J.
Liu
,
Z.
Hou
,
Y.
Zhu
, and
X.
Fu
,
Nat. Commun.
15
,
1017
(
2024
).
9.
J.
Tang
,
Y.
Wu
,
W.
Wang
,
L.
Kong
,
B.
Lv
,
W.
Wei
,
J.
Zang
,
M.
Tian
, and
H.
Du
,
Nat. Nanotechnol.
16
,
1086
1091
(
2021
).
10.
L. C.
Peng
,
K.
Karube
,
Y.
Taguchi
,
N.
Nagaosa
,
Y.
Tokura
, and
X.
Yu
,
Nat. Commun.
12
,
6797
(
2021
).
11.
Z.
Hou
,
W.
Ren
,
B.
Ding
,
G.
Xu
,
Y.
Wang
,
B.
Yang
,
Q.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
E.
Liu
,
F.
Xu
,
W.
Wang
,
G.
Wu
,
X.
Zhang
,
B.
Shen
, and
Z.
Zhang
,
Adv. Mater.
29
,
1701144
(
2017
).
12.
S. A.
Montoya
,
S.
Couture
,
J. J.
Chess
,
J. C. T.
Lee
,
N.
Kent
,
D.
Henze
,
S. K.
Sinha
,
M. Y.
Im
,
S. D.
Kevan
,
P.
Fischer
,
B. J.
McMorran
,
V.
Lomakin
,
S.
Roy
, and
E. E.
Fullerton
,
Phys. Rev. B
95
,
024415
(
2017
).
13.
S.
Zuo
,
K.
Qiao
,
Y.
Zhang
,
T.
Zhao
,
C.
Jiang
, and
B.
Shen
,
Nano Lett.
23
,
550
557
(
2023
).
14.
X. Z.
Yu
,
Y.
Tokunaga
,
Y.
Kaneko
,
W. Z.
Zhang
,
K.
Kimoto
,
Y.
Matsui
,
Y.
Taguchi
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Commun.
5
,
3198
(
2014
).
15.
Z. P.
Hou
,
Q.
Zhang
,
X. C.
Zhang
,
G. Z.
Xu
,
J.
Xia
,
B.
Ding
,
H.
Li
,
S. F.
Zhang
,
N. M.
Batra
,
P. M. F. J.
Costa
,
E. K.
Liu
,
G. H.
Wu
,
M.
Ezawa
,
X. X.
Liu
,
Y.
Zhou
,
X. X.
Zhang
, and
W. H.
Wang
,
Adv. Mater.
32
,
1904815
(
2020
).
16.
S. A.
Montoya
,
R.
Tolley
,
I.
Gilbert
,
S. G.
Je
,
M. Y.
Im
, and
E. E.
Fullerton
,
Phys. Rev. B
98
,
104432
(
2018
).
17.
H.
Wang
,
Z. A.
Li
,
M.
Zhang
,
H.
Tian
,
C.
Zhu
,
Y.
Zhang
,
H.
Yang
, and
J.
Li
,
Phys. Status Solidi B
256
,
1900157
(
2019
).
18.
X. Z.
Yu
,
K.
Shibata
,
W.
Koshibae
,
Y.
Tokunaga
,
Y.
Kaneko
,
T.
Nagai
,
K.
Kimoto
,
Y.
Taguchi
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. B
93
,
134417
(
2016
).
19.
N. S.
Kiselev
,
A. N.
Bogdanov
,
R.
Schäfer
, and
U. K.
Rößler
,
J. Phys. D
44
,
392001
(
2011
).
20.
F.
Buttner
,
I.
Lemesh
, and
G. S. D.
Beach
,
Sci. Rep.
8
,
4464
(
2018
).
21.
A.
Bernand-Mantel
,
L.
Camosi
,
A.
Wartelle
,
N.
Rougemaille
,
M.
Darques
, and
L.
Ranno
,
SciPost Phys.
4
,
027
(
2018
).
22.
T.
Eggebrecht
,
M.
Möller
,
J. G.
Gatzmann
,
N.
Rubiano da Silva
,
A.
Feist
,
U.
Martens
,
H.
Ulrichs
,
M.
Münzenberg
,
C.
Ropers
, and
S.
Schäfer
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
097203
(
2017
).
23.
B.
Truc
,
A. A.
Sapozhnik
,
P.
Tengdin
,
E.
Viñas Boström
,
T.
Schönenberger
,
S.
Gargiulo
,
I.
Madan
,
T.
LaGrange
,
A.
Magrez
,
C.
Verdozzi
,
A.
Rubio
,
H. M.
Rønnow
, and
F.
Carbone
,
Adv. Mater.
35
,
2304197
(
2023
).
24.
G.
Berruto
,
I.
Madan
,
Y.
Murooka
,
G. M.
Vanacore
,
E.
Pomarico
,
J.
Rajeswari
,
R.
Lamb
,
P.
Huang
,
A. J.
Kruchkov
,
Y.
Togawa
,
T.
LaGrange
,
D.
McGrouther
,
H. M.
Rønnow
, and
F.
Carbone
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
117201
(
2018
).
25.
X.
Yu
,
Y.
Tokunaga
,
Y.
Taguchi
, and
Y.
Tokura
,
Adv. Mater.
29
,
1603958
(
2017
).
26.
L.
Peng
,
Y.
Zhang
,
D.
Hong
,
B.
Zhang
,
J.
Li
,
J.
Cai
,
S.
Wang
,
J.
Sun
, and
B.
Shen
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
142408
(
2018
).
27.
C.
Dornes
,
Y.
Acremann
,
M.
Savoini
,
M.
Kubli
,
M. J.
Neugebauer
,
E.
Abreu
,
L.
Huber
,
G.
Lantz
,
C. A. F.
Vaz
,
H.
Lemke
,
E. M.
Bothschafter
,
M.
Porer
,
V.
Esposito
,
L.
Rettig
,
M.
Buzzi
,
A.
Alberca
,
Y. W.
Windsor
,
P.
Beaud
,
U.
Staub
,
D. L.
Zhu
,
S.
Song
,
J. M.
Glownia
, and
S. L.
Johnson
,
Nature
565
,
209
212
(
2019
).
28.
S. R.
Tauchert
,
M.
Volkov
,
D.
Ehberger
,
D.
Kazenwadel
,
M.
Evers
,
H.
Lange
,
A.
Donges
,
A.
Book
,
W.
Kreuzpaintner
,
U.
Nowak
, and
P.
Baum
,
Nature
602
,
73
(
2022
).
29.
E.
Iacocca
,
T. M.
Liu
,
A. H.
Reid
,
Z.
Fu
,
S.
Ruta
,
P. W.
Granitzka
,
E.
Jal
,
S.
Bonetti
,
A. X.
Gray
,
C. E.
Graves
,
R.
Kukreja
,
Z.
Chen
,
D. J.
Higley
,
T.
Chase
,
L.
Le Guyader
,
K.
Hirsch
,
H.
Ohldag
,
W. F.
Schlotter
,
G. L.
Dakovski
,
G.
Coslovich
,
M. C.
Hoffmann
,
S.
Carron
,
A.
Tsukamoto
,
A.
Kirilyuk
,
A. V.
Kimel
,
T.
Rasing
,
J.
Stohr
,
R. F. L.
Evans
,
T.
Ostler
,
R. W.
Chantrell
,
M. A.
Hoefer
,
T. J.
Silva
, and
H. A.
Durr
,
Nat. Commun.
10
,
1756
(
2019
).
30.
E.
Viñas Boström
,
A.
Rubio
, and
C.
Verdozzi
,
npj Comput. Mater.
8
,
62
(
2022
).
31.
K.
Zhu
,
L.
Bi
,
Y.
Zhang
,
D.
Zheng
,
D.
Yang
,
J.
Li
,
H.
Tian
,
J.
Cai
,
H.
Yang
,
Y.
Zhang
, and
J.
Li
,
Nanoscale
16
,
3133
(
2024
).
32.
J.
Brandão
,
D. A.
Dugato
,
M. V.
Puydinger dos Santos
, and
J. C.
Cezar
,
ACS Appl. Nano Mater.
2
,
7532
(
2019
).
33.
J.
Brandao
,
D. A.
Dugato
,
M. V. P.
dos Santos
,
F.
Béron
, and
J. C.
Cezar
,
Appl. Surf. Sci.
585
,
152598
(
2022
).
34.
A. O.
Leonov
,
T. L.
Monchesky
,
N.
Romming
,
A.
Kubetzka
,
A. N.
Bogdanov
, and
R.
Wiesendanger
,
New J. Phys.
18
,
065003
(
2016
).
35.
A.
Soumyanarayanan
,
M.
Raju
,
A. L.
Gonzalez Oyarce
,
A. K. C.
Tan
,
M. Y.
Im
,
A. P.
Petrovic
,
P.
Ho
,
K. H.
Khoo
,
M.
Tran
,
C. K.
Gan
,
F.
Ernult
, and
C.
Panagopoulos
,
Nat. Mater.
16
,
898
(
2017
).
36.
C.
Moreau-Luchaire
,
S. C.
Mouta
,
N.
Reyren
,
J.
Sampaio
,
C. A.
Vaz
,
N.
Van Horne
,
K.
Bouzehouane
,
K.
Garcia
,
C.
Deranlot
,
P.
Warnicke
,
P.
Wohlhuter
,
J. M.
George
,
M.
Weigand
,
J.
Raabe
,
V.
Cros
, and
A.
Fert
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
444
(
2016
).
37.
M.
He
,
L.
Peng
,
Z.
Zhu
,
G.
Li
,
J.
Cai
,
J.
Li
,
H.
Wei
,
L.
Gu
,
S.
Wang
,
T.
Zhao
,
B.
Shen
, and
Y.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
202403
(
2017
).
38.
J. C.
Loudon
,
A. C.
Twitchett‐Harrison
,
D.
Cortés‐Ortuño
,
M. T.
Birch
,
L. A.
Turnbull
,
A.
Štefančič
,
F. Y.
Ogrin
,
E. O.
Burgos‐Parra
,
N.
Bukin
,
A.
Laurenson
,
H.
Popescu
,
M.
Beg
,
O.
Hovorka
,
H.
Fangohr
,
P. A.
Midgley
,
G.
Balakrishnan
, and
P. D.
Hatton
,
Adv. Mater.
31
,
1806598
(
2019
).
39.
Y.
Wu
,
J.
Tang
,
B.
Lyu
,
L.
Kong
,
Y.
Wang
,
J.
Li
,
Y.
Soh
,
Y.
Xiong
,
M.
Tian
, and
H.
Du
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
012402
(
2021
).
40.
Y.
Xiao
,
F. J.
Morvan
,
A. N.
He
,
M. K.
Wang
,
H. B.
Luo
,
R. B.
Jiao
,
W. X.
Xia
,
G. P.
Zhao
, and
J. P.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
132402
(
2020
).
41.
W.
Wei
,
J.
Tang
,
Y.
Wu
,
Y.
Wang
,
J.
Jiang
,
J.
Li
,
Y.
Soh
,
Y.
Xiong
,
M.
Tian
, and
H.
Du
,
Adv. Mater.
33
,
2101610
(
2021
).
42.
S. L.
Zuo
,
Y.
Zhang
,
L. C.
Peng
,
X.
Zhao
,
R.
Li
,
H.
Li
,
J. F.
Xiong
,
M.
He
,
T. Y.
Zhao
,
J. R.
Sun
,
F. X.
Hu
, and
B. G.
Shen
,
Nanoscale
10
,
2260
(
2018
).
43.
D.
Chakrabartty
,
S.
Jamaluddin
,
S. K.
Manna
, and
A. K.
Nayak
,
Commun. Phys.
5
,
189
(
2022
).
You do not currently have access to this content.