Magnetic skyrmions are chiral spin structures with a whirling configuration. Their topological properties, nanometer size and the fact that they can be moved by small current densities have opened a new paradigm for the manipulation of magnetisation at the nanoscale. To date, chiral skyrmion structures have been experimentally demonstrated only in bulk materials and in epitaxial ultrathin films and under external magnetic field or at low temperature. Here, we report on the observation of stable skyrmions in sputtered ultrathin Pt/Co/MgO nanostructures, at room temperature and zero applied magnetic field. We use high lateral resolution X-ray magnetic circular dichroism microscopy to image their chiral N\'eel internal structure which we explain as due to the large strength of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction as revealed by spin wave spectroscopy measurements. Our results are substantiated by micromagnetic simulations and numerical models, which allow the identification of the physical mechanisms governing the size and stability of the skyrmions.

Spin waves in perpendicularly magnetized ${\text{Pt/Co/AlO}}_{x}/\text{Pt}$ ultrathin films with varying Co thicknesses (0.6--1.2 nm) have been studied with Brillouin light spectroscopy in the Damon-Eshbach geometry. The measurements reveal a pronounced nonreciprocal propagation, which increases with decreasing Co thickness. This nonreciprocity, attributed to an interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI), is significantly stronger than asymmetries resulting from surface anisotropies for such modes. Results are consistent with an interfacial DMI constant ${D}_{\mathrm{s}}=\ensuremath{-}1.7\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.11\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\text{pJ}$/m, which favors left-handed chiral spin structures. This suggests that such films below 1 nm in thickness should support chiral states such as skyrmions at room temperature.

Magnetic skyrmions are textures behaving as quasiparticles which are topologically different from other states. Their discovery in systems with broken inversion symmetry sparked the search for materials containing such magnetic phase at room temperature. Their topological properties combined with the chirality-related spin-orbit torques make them interesting objects to control the magnetization at nanoscale. Here we show that a pair of coupled skyrmions with the same topological charge and opposite chiralities can be stabilized in a symmetric magnetic bilayer system by combining Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) and dipolar coupling effects. This effect opens a new path for skyrmion stabilization with much lower DMI. We then demonstrate in a single device with two different electrodes that such skyrmions can be efficiently and independently written and shifted by electric current at large velocities. The skyrmionic nature of the observed quasiparticles is further confirmed by using the gyrotropic force as a topological filter. These results set the ground for emerging spintronic technologies where issues concerning skyrmion stability, nucleation, and propagation are paramount.

Electric control of magnetism is a prerequisite for efficient and low power spintronic devices. More specifically, in heavy metal/ ferromagnet/ insulator heterostructures, voltage gating has been shown to locally and dynamically tune magnetic properties like interface anisotropy and saturation magnetization. However, its effect on interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction (DMI), which is crucial for the stability of magnetic skyrmions, has been challenging to achieve and has not been reported yet for ultrathin films. Here, we demonstrate 130% variation of DMI with electric field in Ta/FeCoB/TaOx trilayers through Brillouin Light Spectroscopy (BLS). Using polar- Magneto-Optical-Kerr-Effect microscopy, we further show a monotonic variation of DMI and skyrmionic bubble size with electric field, with an unprecedented efficiency. We anticipate through our observations that a sign reversal of DMI with electric field is possible, leading to a chirality switch. This dynamic manipulation of DMI establishes an additional degree of control to engineer programmable skyrmion based memory or logic devices.

Brillouin light scattering and microstrip line ferromagnetic resonance were used to study perpendicular magnetic anisotropy (PMA), magnetic damping, and interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction (iDMI) in $X$/Fe(${t}_{\mathrm{Fe}}$)/$Y$ thin films with varying Fe thickness $(1.4\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{nm}\ensuremath{\le}{t}_{\mathrm{Fe}}\ensuremath{\le}10\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{nm})$, where $X$ stands for Pt, Ir, or Cu and $Y$ stands for Ir, Cu, or MgO. A particular interest is given to their temperature dependence. To accurately assess the contribution of each interface with Fe to the effective interface PMA constant, we combined direct measurements of the effective magnetization thickness dependence with the spin waves frequency mismatch. Notably, Ir/Fe and Fe/Ir, as well as Cu/Fe and Fe/Cu interfaces exhibited distinct behaviors: Fe/Ir significantly contributed to PMA and spin pumping induced damping. The damping constant showed a nonlinear dependence on the Fe layer inverse effective thickness, which was linked to a strong interfacial two-magnon scattering, particularly evident in Cu/Fe/Ir and Cu/Fe/Cu structures. Additionally, iDMI measurements revealed an opposite chirality of Pt/Fe and Ir/Fe interfaces. We also investigated how these magnetic interfacial properties vary with temperature in the Pt/Fe/Cu and Cu/Fe/Cu systems. We found that the interface PMA constant increased linearly with temperature, while the iDMI constant decreased significantly, by approximately 60%. This suggests that iDMI is highly sensitive to thermal disorder. Post-temperature measurements indicated that the temperature induces interdiffusion and impacts the magnetic properties through specific effects that are challenging to disentangle in the absence of in situ magnetization measurements.