Simulations of the magnetic domains dynamics in antiferromagnetic CuMnAs

Abstract

Antiferromagnetic materials are promising materials for implementation in spintronic memory devices. In contrast to the more well-known ferromagnetic materials, which are already used in magnetoresistive random access memory (MRAM) devices, they possess multiple advantages, such as no net magnetization and ultrafast dynamics. Antiferro- magnetic memories store information through the orientation of the antiferromagnetic ordering. The magnetoresistance of the materials could be used for the electrical readout of the antiferromagnetic structure. In recent experiments in an antiferromagnet CuMnAs after applying a series of electrical or optical pulses, a change in resistivity associated with a significant decrease in the size of antiferromagnetic domains was observed. This means that one is able to perform electrical or optical writing in antiferromagnets. The state persists for timescales that exceed the magnetic dynamics timescales by many orders of magnitude. Here, we present the findings of the antiferromagnetic domain dynamics simulations in CuMnAs, specifically focusing on the process of small domain relaxation leading to the formation of larger domains. The simulations were based on atomistic spin dynamics. For all temperatures, a growth of magnetic domains was detected. However, the size of the...

Antiferomagnetické materiály by se daly v budoucnu použít v spintronických pamětech. Oproti známějším feromagnetům, jež se používají v magnetoresistive random access mem- ory (MRAM) zařízeních, mají řadu výhod, jako jsou např. nulová vnější magnetizace a ultrarychlá dynamika. Antiferomagnetické paměti ukládají informace pomocí orientace antiferomagnetického uspořádání. Magnetoresistance materiálu by se dala využít k elek- trickému čtení antiferomagnetické struktury. V nedávném experimentu vantiferomagnetu CuMnAs došlo po aplikaci elektrického pulsu ke zvýšení odporu spojeného s dramatickým zmenšením antiferomagnetických domén na velikost řádu nm. Z toho vyplývá, že v an- tiferomagnetech lze provádět zápis i čtení pomocí elektrického proudu. Nanofragmen- tovaný stav přetrvává na časových škálách, které přesahují časové škály magnetické dy- namiky o několik řádů. V této práci představujeme výsledky simulací antiferomagnetické doménové dynamiky v materiálu CuMnAs. Hlavním cílem těcho simulací bylo zkoumat proces relaxace malých domén do větších rozměrů. Simulace byly založeny na atomi- stické spinové dynamice. Časový růst antiferomagnetických domén byl zaznamenán pro všechny teploty. Antiferomagnetické domény v simulacích byly ovšem mnohem větší, než domény pozorované v experimentu. To naznačuje, že v...