This article reviews static and dynamic interfacial effects in magnetism, focusing on interfacially driven magnetic effects and phenomena associated with spin-orbit coupling and intrinsic symmetry breaking at interfaces. It provides a historical background and literature survey, but focuses on recent progress, identifying the most exciting new scientific results and pointing to promising future research directions. It starts with an introduction and overview of how basic magnetic properties are affected by interfaces, then turns to a discussion of charge and spin transport through and near interfaces and how these can be used to control the properties of the magnetic layer. Important concepts include spin accumulation, spin currents, spin-transfer torque, and spin pumping. An overview is provided to the current state of knowledge and existing review literature on interfacial effects such as exchange bias, exchange-spring magnets, the spin Hall effect, oxide heterostructures, and topological insulators. The article highlights recent discoveries of interface-induced magnetism and noncollinear spin textures, nonlinear dynamics including spin-transfer torque and magnetization reversal induced by interfaces, and interfacial effects in ultrafast magnetization processes.21 MoreReceived 23 June 2016DOI:https://doi.org/10.1103/RevModPhys.89.025006© 2017 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasHall effectMagnetic interactionsMagnetic textureMagnetismMagnetization switchingMagnetotransportMicromagnetismSpin currentCondensed Matter, Materials & Applied Physics

Building upon the success and relevance of the 2014 Magnetism Roadmap, this 2017 Magnetism Roadmap edition follows a similar general layout, even if its focus is naturally shifted, and a different group of experts and, thus, viewpoints are being collected and presented. More importantly, key developments have changed the research landscape in very relevant ways, so that a novel view onto some of the most crucial developments is warranted, and thus, this 2017 Magnetism Roadmap article is a timely endeavour. The change in landscape is hereby not exclusively scientific, but also reflects the magnetism related industrial application portfolio. Specifically, Hard Disk Drive technology, which still dominates digital storage and will continue to do so for many years, if not decades, has now limited its footprint in the scientific and research community, whereas significantly growing interest in magnetism and magnetic materials in relation to energy applications is noticeable, and other technological fields are emerging as well. Also, more and more work is occurring in which complex topologies of magnetically ordered states are being explored, hereby aiming at a technological utilization of the very theoretical concepts that were recognised by the 2016 Nobel Prize in Physics.

Extending planar two-dimensional structures into the three-dimensional space has become a general trend in multiple disciplines, including electronics, photonics, plasmonics and magnetics. This approach provides means to modify conventional or to launch novel functionalities by tailoring the geometry of an object, e.g. its local curvature. In a generic electronic system, curvature results in the appearance of scalar and vector geometric potentials inducing anisotropic and chiral effects. In the specific case of magnetism, even in the simplest case of a curved anisotropic Heisenberg magnet, the curvilinear geometry manifests two exchange-driven interactions, namely effective anisotropy and antisymmetric exchange, i.e. Dzyaloshinskii–Moriya-like interaction. As a consequence, a family of novel curvature-driven effects emerges, which includes magnetochiral effects and topologically induced magnetization patterning, resulting in theoretically predicted unlimited domain wall velocities, chirality symmetry breaking and Cherenkov-like effects for magnons. The broad range of altered physical properties makes these curved architectures appealing in view of fundamental research on e.g. skyrmionic systems, magnonic crystals or exotic spin configurations. In addition to these rich physics, the application potential of three-dimensionally shaped objects is currently being explored as magnetic field sensorics for magnetofluidic applications, spin-wave filters, advanced magneto-encephalography devices for diagnosis of epilepsy or for energy-efficient racetrack memory devices. These recent developments ranging from theoretical predictions over fabrication of three-dimensionally curved magnetic thin films, hollow cylinders or wires, to their characterization using integral means as well as the development of advanced tomography approaches are in the focus of this review.

Liquid reconfigurable ferromagnetic materials Ferromagnetic materials show a permanent magnetic dipole, whereas superparamagnetic ones only show magnetic properties under an applied field. Some materials, like ferrofluids, show liquid-like behavior but do not retain their magnetization in the absence of an applied field. Liu et al. show remnant magnetization of otherwise superparamagnetic magnetite nanoparticles at an oil-water interface of emulsion droplets (see the Perspective by Dreyfus). The permanent magnetization could be controlled by coupling and uncoupling the magnetization of individual nanoparticles, making it possible to “write and erase” shapes of the droplets or to elongate them into cylinders. Science , this issue p. 264 ; see also p. 219

To extend soft x-ray microscopy to a resolution of order 10 nm or better, we developed a new nanofabrication process for Fresnel zone plate lenses. The new process, based on the double patterning technique, has enabled us to fabricate high quality gold zone plates with 12 nm outer zones. Testing of the zone plate with the full-field transmission x-ray microscope, XM-1, in Berkeley, showed that the lens clearly resolved 12 nm lines and spaces. This result represents a significant step towards 10 nm resolution and beyond.

Using Fresnel zone plates made with our robust nanofabrication processes, we have successfully achieved 10 nm spatial resolution with soft x-ray microscopy. The result, obtained with both a conventional full-field and scanning soft x-ray microscope, marks a significant step forward in extending the microscopy to truly nanoscale studies.

Abstract The topological nature of magnetic skyrmions leads to extraordinary properties that provide new insights into fundamental problems of magnetism and exciting potentials for novel magnetic technologies. Prerequisite are systems exhibiting skyrmion lattices at ambient conditions, which have been elusive so far. Here, we demonstrate the realization of artificial Bloch skyrmion lattices over extended areas in their ground state at room temperature by patterning asymmetric magnetic nanodots with controlled circularity on an underlayer with perpendicular magnetic anisotropy (PMA). Polarity is controlled by a tailored magnetic field sequence and demonstrated in magnetometry measurements. The vortex structure is imprinted from the dots into the interfacial region of the underlayer via suppression of the PMA by a critical ion-irradiation step. The imprinted skyrmion lattices are identified directly with polarized neutron reflectometry and confirmed by magnetoresistance measurements. Our results demonstrate an exciting platform to explore room-temperature ground-state skyrmion lattices.

The interesting physics and potential memory technologies resulting from topologically protected spin textures such as skyrmions, has prompted efforts to discover new material systems that can host these kind of magnetic structures. Here we use the highly tunable magnetic properties of amorphous Fe/Gd multilayer films to explore the magnetic properties that lead to dipole-stabilized skyrmions and skyrmion lattices that form from the competition of dipolar field and exchange energy. Using both real space imaging and reciprocal space scattering techniques we determined the range of material properties and magnetic fields where skyrmions form. Micromagnetic modeling closely matches our observation of small skyrmion features (~50 to 70nm) and suggests these class of skyrmions have a rich domain structure that is Bloch like in the center of the film and more N\'eel like towards each surface. Our results provide a pathway to engineer the formation and controllability of dipole skyrmion phases in a thin film geometry at different temperatures and magnetic fields.

With the introduction of x-ray free electron laser sources around the world, new scientific approaches for visualizing matter at fundamental length and time-scales have become possible. As it relates to magnetism and 'magnetic-type' systems, advanced scattering methods are being developed for studying ultrafast magnetic responses on the time-scales at which they occur. We describe three capabilities which have the potential to seed new directions in this area and present

Curvilinear magnetism emerged as a new route to tailor properties of magnetic solitons by the choice of geometry and topology of a magnetic architecture. Here, we develop an anodized aluminum oxide template-based approach to realize hierarchical 3D magnetic nanoarchitectures of nanoflower shape. The technique provides defect-free regular arrays of magnetic nanoflowers of tunable shape with a period of 400 nm over cm