Room-temperature skyrmions in ferromagnetic films and multilayers show promise for encoding information bits in new computing technologies. Despite recent progress, ferromagnetic order generates dipolar fields that prevent ultrasmall skyrmion sizes, and allows a transverse deflection of moving skyrmions that hinders their efficient manipulation. Antiferromagnetic skyrmions shall lift these limitations. Here we demonstrate that room-temperature antiferromagnetic skyrmions can be stabilized in synthetic antiferromagnets (SAFs), in which perpendicular magnetic anisotropy, antiferromagnetic coupling and chiral order can be adjusted concurrently. Utilizing interlayer electronic coupling to an adjacent bias layer, we demonstrate that spin-spiral states obtained in a SAF with vanishing perpendicular magnetic anisotropy can be turned into isolated antiferromagnetic skyrmions. We also provide model-based estimates of skyrmion size and stability, showing that room-temperature antiferromagnetic skyrmions below 10 nm in radius can be anticipated in further optimized SAFs. Antiferromagnetic skyrmions in SAFs may thus solve major issues associated with ferromagnetic skyrmions for low-power spintronic devices. Antiferromagnetic skyrmions—which have distinct advantages over skyrmions found in other magnetic systems—are observed at room temperature in synthetic antiferromagnets. These results hold promise for low-power spintronic devices.

Magnetic skyrmions are nanoscale windings of the spin configuration that hold great promise for technology due to their topology-related properties and extremely reduced sizes. After the recent observation at room temperature of sub-100 nm skyrmions stabilized by interfacial chiral interaction in magnetic multilayers, several pending questions remain to be solved, notably about the means to nucleate individual compact skyrmions or the exact nature of their motion. In this study, a method leading to the formation of magnetic skyrmions in a micrometer-sized track using homogeneous current injection is evidenced. Spin-transfer-induced motion of these small electrical-current-generated skyrmions is then demonstrated and the role of the out-of-plane magnetic field in the stabilization of the moving skyrmions is also analyzed. The results of these experimental observations of spin torque induced motion are compared to micromagnetic simulations reproducing a granular type, nonuniform magnetic multilayer in order to address the particularly important role of the magnetic inhomogeneities on the current-induced motion of sub-100 nm skyrmions for which the material grains size is comparable to the skyrmion diameter.

Noncollinear spin textures in ferromagnetic ultrathin films are currently the subject of renewed interest since the discovery of the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI). This antisymmetric exchange interaction selects a given chirality for the spin textures and allows stabilizing configurations with nontrivial topology including chiral domain walls (DWs) and magnetic skyrmions. Moreover, it has many crucial consequences on the dynamical properties of these topological structures. In recent years, the study of noncollinear spin textures has been extended from single ultrathin layers to magnetic multilayers with broken inversion symmetry. This extension of the structures in the vertical dimension allows room temperature stability and very efficient current-induced motion for both Néel DWs and skyrmions. We show how, in these multilayered systems, the interlayer interactions can actually lead to hybrid chiral magnetization arrangements. The described thickness-dependent reorientation of DWs is experimentally confirmed by studying demagnetized multilayers through circular dichroism in x-ray resonant magnetic scattering. We also demonstrate a simple yet reliable method for determining the magnitude of the DMI from static domain measurements even in the presence of these hybrid chiral structures by taking into account the actual profile of the DWs. The existence of these novel hybrid chiral textures has far-reaching implications on how to stabilize and manipulate DWs, as well as skymionic structures in magnetic multilayers.

Orbital currents have recently emerged as a promising tool to achieve electrical control of the magnetization in thin-film ferromagnets. Efficient orbital-to-spin conversion is required in order to torque the magnetization. Here, we show that the injection of an orbital current in a ferrimagnetic ${\mathrm{Gd}}_{\mathrm{y}}{\mathrm{Co}}_{100\ensuremath{-}\mathrm{y}}$ alloy generates strong orbital torques whose sign and magnitude can be tuned by changing the Gd content and temperature. The effective spin-orbital Hall angle reaches up to $\ensuremath{-}0.25$ in a ${\mathrm{Gd}}_{\mathrm{y}}{\mathrm{Co}}_{100\ensuremath{-}\mathrm{y}}/{\mathrm{CuO}}_{\mathrm{x}}$ bilayer compared to $+0.03$ in $\mathrm{Co}/{\mathrm{CuO}}_{\mathrm{x}}$ and $+0.13$ in ${\mathrm{Gd}}_{\mathrm{y}}{\mathrm{Co}}_{100\ensuremath{-}\mathrm{y}}/\mathrm{Pt}$. This behavior is attributed to the local orbital-to-spin conversion taking place at the Gd sites, which is about 5 times stronger and of the opposite sign relative to Co. Furthermore, we observe a manyfold increase in the net orbital torque at low temperature, which we attribute to the improved conversion efficiency following the magnetic ordering of the Gd and Co sublattices.

Charge-spin interconversion processes underpin the generation of spin-orbit torques in magnetic/nonmagnetic bilayers. However, efficient sources of spin currents such as 5