Low Temperature Physics: 46, 773 (2020); https://doi.org/10.1063/10.0001539
Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 8 (Август 2020), c. 920-926    ( к оглавлению , назад )

Dipole-dominated dissipative magnetic solitons in quasi-one-dimensional spin-torque oscillators

R.V. Verba

Institute of Magnetism NAS of Ukraine and MES of Ukraine, Kyiv 03142, Ukraine
E-mail: verrv@ukr.net

V.S. Tiberkevich and A.N. Slavin

Department of Physics, Oakland University, Rochester, Michigan 48309, USA

Received March 5, 2020, published online June 22, 2020

Abstract

It is well-known that a spin-transfer torque caused by a dc electric current can excite in a two-dimensional ferromagnetic film exchange-dominated magnetic solitons, often called “spin-wave bullets”, under the condition of a negative nonlinear shift of spin wave frequency. In this work, we demonstrate that in a quasi-one-dimensional (1D) case, e.g., in a nanowire spin-Hall oscillator, it is possible to excite a stable dissipative magnetic soliton, which is dominated by the dipole-dipole interaction. This dissipative magnetic soliton can be described in the framework of a 1D Ginzburg–Landau auto-oscillator model, and has the shape similar to that of the exchange-dominated spin wave bullet, but with a different spatial localization law. The influence of the dipolar interaction makes possible the stabilization of a dissipative soliton in a relatively large (micron-sized) active area of the oscillator, which is in a sharp contrast with the two-dimensional case, where the excitation of a stable spin-wave bullet was observed only in relatively small active areas having typical sizes of the order of 100 nm. The characteristics and possible applications of these dipole-dominated spin wave bullets are discussed.

Анотація

Завдяки ефекту спін-трансферу постійний електричний струм, як відомо, може збуджувати у двовимірній феромагнітній плівці обмінні магнітні солітони, які ще називають «спін-хвильовими булетами», за умови від’ємного нелінійного зсуву частоти спінових хвиль. У роботі продемонстровано, що у квазіодновимірному випадку, наприклад, у спін-Холл осциляторі на основі магнітної наносмужки, можливе збудження стійких дисипативних магнітних солітонів, динаміка яких визначається, в першу чергу, магнітодипольною взаємодією. Ці дисипативні магнітні солітони описуються у межах одновимірної моделі автогенератора Гінзбурга–Ландау та мають профіль близький до профілю обмінних солітонів, але виявляють відмінний закон просторової локалізації. Вплив дипольної взаємодії проявляється у можливості стабілізації дисипативного солітона в осциляторі з відносно великою (мікронних розмірів) активною зоною, що сильно відрізняється від двовимірного випадку, у якому утворення спін-хвильових булетів спостерігалось лише у відносно малих активних зонах з типовими розмірами порядку 100 нм. Розглянуто характеристики та можливі застосування таких дипольних спін-хвильових булетів.

Key words: spin-wave bullet, spin-torque oscillator, soliton, dipolar interaction.