Spin-Current Instability at a Magnetic Domain Wall in a Ferromagnetic Superfluid: a Generation Mechanism of Eccentric Fractional Skyrmions
超冷原子的自旋超流体是研究自旋电流和织构的本征性质的理想材料，因为它们是在没有杂质、位错和热涨落的孤立、无耗散系统中实现的。本研究从理论上揭示了自旋电流对自旋超流体中磁畴壁的影响。本文给出了零温下自旋为1的具有易轴各向异性的玻色-爱因斯坦凝聚体铁磁相的壁面解。玻色准粒子力学分析表明，当速度超过临界自旋流速度时，沿壁面的自旋流变得不稳定，由于横向磁振子和波纹子之间的竞争，导致复杂的情况。我们的直接数值模拟表明，该系统有一个机制，以产生一个偏心的分数skyrmion，它具有分数拓扑电荷，但它的纹理是不类似的一个重子。这种机制与易轴磁体中传统skyrmions的产生相反。理论上的发现可以在与最近对超冷原子进行的实验相同的情况下进行检验。就自发对称性破缺的普遍性而言，在具有相同对称性破缺的不同物理系统中，预期会出现类似的现象。
2022-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Observation of hedgehog skyrmions in sub-100 nm soft magnetic nanodots
磁skyrmions是一种纳米自旋织构，由于其非平凡的拓扑结构所具有的独特功能，在自旋电子学应用中具有突出的潜力。在非质心对称材料或界面自旋轨道耦合较强的Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya exchange interaction，Dzyaloshinskii-Moriya）薄膜中，具有确定手征的Skyrmions是稳定的。在这项工作中，我们报告在室温下，既不垂直也不垂直磁各向异性的封闭系统中的磁刺猬skyrmions的检测。我们表明，软磁（坡莫合金）纳米点能够主机的非手性刺猬skyrmions，可以进一步稳定的磁场所产生的磁力显微镜探针。分析计算和微磁学模拟证实了在一定尺寸范围内，即使没有外部刺激，坡莫合金纳米点中也存在亚稳态Néel skyrmion。我们的工作意味着存在一个新的自由度来创建和操纵软纳米点中的skyrmions。软磁材料中skyrmion的稳定化为研究skyrmion的磁化动力学提供了可能性，否则由于高磁各向异性材料中高自旋轨道耦合的大阻尼常数而受到限制。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge instabilities and skyrmion creation in magnetic layers
我们研究了解析和数值的边缘与Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用的二维铁磁体，考虑手征磁体和界面诱导DM相互作用的磁体。我们表明，在场极化的铁磁相磁振子状态存在的边缘，我们计算它们的光谱内的连续场论。当降低外部磁场时，这些束缚的磁振子以有限的动量凝聚，边缘变得局部不稳定。微磁模拟表明，这种边缘不稳定性触发创建一个螺旋相穿透内的散装场极化状态。磁场的随后增加允许以受控的方式在靠近边缘处产生skyrmions。
2017-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Element-specific soft X-ray spectroscopy, scattering and imaging studies of skyrmion-hosting compound Co$_8$Zn$_8$Mn$_4$
用软X射线吸收谱、共振小角散射和扩展参考全息术研究了室温Skyrmion基质化合物CoPDMATHABMM Zn $_8$ Mn $_4$。通过激发Co和Mn $L_{2,3}$吸收边附近的$2p$至$3d$跃迁进行元素选择性研究。利用软X射线光束的相干性，采用迭代相位恢复和扩展参考全息术，重建了不同温度下的元件局部磁化强度的实空间分布。结果表明，Co和Mn的磁矩是铁磁耦合的，并表现出相似的磁性图案。这两种成像方法提供了30 nm的实空间分辨率，并允许记录在$T\,=\,20$ K和$T\,=120\,$ K之间的温度范围内的磁性纹理，证明了在低温下沿主晶轴的skyrmions的伸长。微磁学模拟表明，这种变形是由系统中对称交换相互作用与反对称Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用之比的减小以及立方各向异性的影响所驱动的。
2019-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic skyrmion crystal on a centrosymmetric square lattice under an in-plane magnetic field
本文通过方格自旋模型的模拟退火，揭示易面各向异性、正双二次及高谐波波矢相互作用可在面内磁场中稳定含涡旋-反涡旋对的斯格明子晶体。
2023-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin-transfer torque-driven motion, deformation, and instabilities of magnetic skyrmions at high currents
在手征磁体中，自旋极化的电流可以使局部拓扑磁旋（即磁skyrmion）运动。随着电流强度的增加，考虑到自旋电子学应用的高速skyrmion运动的前景，孤立的skyrmion变形远离其典型的圆形形状。我们分析了自旋转移力矩对单个Skyrmion形状的影响，包括其稳定性，当外加电流的强度急剧增加时。对于相当紧凑的skyrmion在单轴各向异性远高于临界各向异性畴壁形成，我们发现高电流密度的skyrmion假设一个非圆形的形状与尾巴，让人想起一个流星。对于更大，因此更软的skyrmions接近临界各向异性，反过来，我们观察到一个临界电流密度以上的skyrmions变得不稳定。我们表明，在第二临界电流密度以上，这些skyrmions也可以恢复流星溶液。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Interlayer Exchange Interactions, SU(4) Soft Waves and Skyrmions in Bilayer Quantum Hall Ferromagnets
库仑交换作用是量子霍尔系统中量子相干性的驱动力。我们构造了双层量子霍尔铁磁体中交换相互作用的微观朗道位哈密顿量，它具有SU（4）同位旋结构。通过取一个连续的极限，哈密顿量在冯-诺依曼格点公式中产生SU（4）非线性西格玛模型。在填充因子$ν=1,2,3,4$下评估基态能量。在$ν=1$处示出了存在3个独立的软波，其中只有一个软波负责两个层之间的电子的相干隧穿。在$ν=1$上还表明，除了平移自由度外，还有3个独立的Skyrmion态.它们是CP $^{3}$ skyrmions，享受着被限制在\LLL中的自旋-电荷纠缠。
2001-08-06 cond-mat.mes-hall hep-th
Skyrmion crystal under $D_{3h}$ point group: Role of out-of-plane Dzyaloshinskii-Moriya interaction
在非中心对称磁体中，由相对论自旋轨道耦合产生的Dzyaloshinkii-Moriya（DM）相互作用是拓扑自旋织构的来源。我们从理论上研究了Skyrmion晶体的可能性，通过关注平面外DM相互作用的作用，这是不同的极性和手征型DM相互作用。通过对属于$D_{3h}$点群的三角晶格上的自旋模型进行模拟退火，我们构造了外加磁场下的低温磁相图。结果发现，在面内和面外磁场下，不同的Skyrmion晶体都存在不稳定性，其中稳定SkX的关键成分根据磁场方向的不同而不同;对于面内磁场，SkX在面外DM相互作用下稳定，而对于面外磁场，通过额外引入易轴各向异性来稳定。我们还讨论了可能的多个$Q$态的Skyrmion晶体中存在的面外DM相互作用。我们的结果表明，非中心对称的磁性材料与面外DM相互作用是潜在的候选主机skyrmion晶体。
2022-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Multifarious skyrmion phases on a trilayer triangular lattice
基于自旋模型，考虑层间Dzayloshinskiii-Moriya相互作用，研究了中心对称三层磁体中磁skyrmion晶体的不稳定性。通过模拟退火，我们在低温相图中发现了具有不同skyrmion数的各种类型的skyrmion晶相。除了Néel skyrmion晶体相，预计将出现在极性类型的Dzayloshinskiiii-Moriya相互作用的存在下，我们得到的skyrmion晶体相特征的层状系统：扭曲的表面skyrmion晶体，反skyrmion晶体，和高拓扑数skyrmion晶体相。富磁相是由层间Dzayloshinskiii-Moriya相互作用、层间交换相互作用和外部磁场之间的协同作用产生的。我们的研究结果表明，在表面和异质结构的层自由度提供了一个很好的平台，工程和设计的拓扑自旋纹理。
2022-05-16 cond-mat.mes-hall
Soft-magnetic skyrmions induced by surface-state coupling in an intrinsic ferromagnetic topological insulator sandwich structure
铁磁拓扑绝缘体（TI）上的磁skyrmion是手征自旋织构在动量空间中的实空间表现，通过对其进行剪裁，可以成为信息处理的载体.在这里，我们制作了一个三明治结构，包含两层的自组装铁磁七层TI，Mn（Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$）$_{2}$ Te $_{4}$（MnBST），由五层TI，（Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$）$_{2}$ Te $_{3}$（BST），并通过拓扑霍尔效应观察Skyrmions在一个内禀磁性拓扑绝缘体的第一次。BST间隔层的厚度在控制两个MnBST层中的带隙拓扑表面态之间的耦合以稳定skyrmion形成方面是至关重要的。七层MnBST中锰原子的均匀、高度有序排列导致其中存在较强的交换相互作用，从而使skyrmions具有“软磁性”。这将为拓扑鲁棒的磁存储器开辟一条道路。
2021-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion annihilation in helimagnets and the critical condition of topological phase transitions with a soft mode
自20世纪50年代以来，拓扑孤子已被用来描述基本粒子[1-3]和类粒子场结构[4- 1 - 3]，它们几乎出现在从亚原子到宇宙尺度的所有物理分支中[3，14 -16]。在这种情况下，粒子的形成和湮灭对应于拓扑相变，其实际过程和机制仍然难以捉摸。在这里，我们表明，湮没的孤立skyrmion在helimagnets作为所施加的磁场增加启动在其中心点的局部磁化反转。在临界场，出现自旋波激发的软模式，其使局部磁化模量以及中心处的软模式调制的出现弹性刚度[17]消失，这使其成为出现的磁共振[6]。这个软化点消除了中心局部磁化反转的能垒，这不可避免地湮灭了skyrmion。在此基础上，我们提出了一个软模场解拓扑相变的一般临界条件：拓扑相变起始于软模调制涌现刚度矩阵失去正定性的空间点.
2022-11-07 cond-mat.mes-hall hep-th nlin.PS
Grassmannian Fields and Doubly Enhanced Skyrmions in Bilayer Quantum Hall system at $ν=2$
在填充因子为$ν=2$时，双层量子霍尔系统具有铁磁相（自旋相）、自旋单态相（ppin相）和倾斜反铁磁相。我们分析软波和准粒子激发自旋和ppin阶段。结果表明，动力场是具有四个复自由度的格拉斯曼G $_{4,2}$场。在每个相位中有四个复杂的软波（伪Goldstone模式）和一种skyrmion激发（G $_{4,2}$ skyrmion）翻转自旋或伪自旋相干。一个有趣的性质是，准粒子是一个G $_{4,2}$ skyrmion，基本上由两个CP $^{3}$ skyrmion组成，因此具有电荷$2e$。
2002-11-12 cond-mat.mes-hall hep-th
Skyrmion instabilities and distorted spiral states in a frustrated chiral magnet
磁skyrmion是最近产生的兴趣作为候选人的未来自旋电子器件的skyrmion小尺寸，增强的拓扑稳定性，和/或相互作用的粒子状的拓扑激发。在这里，我们研究孤立的skyrmions在一个沮丧的手征磁铁与竞争Dzyaloshinskiii-Moriya和沮丧的交换相互作用的性质。我们表明，skyrmion的大小急剧下降，即使是小值的竞争稳定机制。Skyrmion相互作用仍然吸引，因为是固有的挫折skyrmion，但值的Dzyaloshinskii常数调节的相互作用潜力的最小值的数量。此外，所构建的相图手性helimagnet包含一个扭曲的螺旋状态，可以被认为是螺旋和圆锥形的一维调制之间的缓冲区。所阐述的概念可以进一步增强自旋电子器件的功能。特别是，相对于锥形状态的skyrmions的受控不稳定性允许获得双分子状结构。此外，我们的结果提供了物理洞察的手征状态的磁系统，例如，在MnSi $_{1-x}$ Ge $_x$中。
2019-06-12 cond-mat.mes-hall
Peak Effect, Melting, and Transport in Skyrmion Crystals
本研究通过修正的Thiele方法数值模拟，发现温度软化导致斯格明子晶体在无序钉扎下出现类似超导峰效应的非单调脱钉扎力及有序-无序玻璃态转变，并绘制了相关动力学相图。
2023-04-01 cond-mat.mes-hall
Deterministic generation of skyrmions and antiskyrmions by electric current
磁skyrmions是纳米级的自旋量子池，有望在未来的自旋电子学应用中取得突破。通过电流来控制磁skyrmions的产生对于这一目的至关重要。虽然先前的研究已经证明了这种操作，但所产生的skyrmions的拓扑电荷由外部磁场的方向决定，因此是固定的。在这里，我们报告的电流诱导Skyrmions创建手性磁铁FeGe纳米结构使用\emph{in-situ}洛伦兹透射电子显微镜。我们证明，只需控制零磁场下电流的方向，磁skyrmion或反磁skyrmion都可以从磁螺旋基态转移。力的分析和对称性的考虑，支持微磁模拟，很好地解释了实验结果，其中磁skyrmions或antiskyrmions创建由于边缘不稳定性的螺旋状态中存在的自旋转移力矩。按需产生skyrmion和控制其拓扑结构的电流，而不需要磁场将使新的纯电控skyrmion设备。
2021-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion ratchet propagation: Utilizing the skyrmion Hall effect in AC racetrack storage devices
磁性Skyrmions是一种具有拓扑保护的类纳米物体。当被直流电（DC）驱动时，skyrmions会移动，但会经历横向偏转。这种所谓的斯基米恩霍尔效应通常被认为是存储器应用的缺点。在这里，我们表明，这种独特的效果也可以是有利的自旋电子应用：我们表明，在一个破坏反转对称的赛道，斯基尔米恩霍尔效应允许转换成一个有方向的运动沿轨道，如在棘轮交流电流（AC）。我们分析了棘轮机构的几种模式，并表明它是唯一的拓扑磁涡动。我们详细说明了与拓扑平凡的磁性物体的运动相比的根本差异，以及由周期性力驱动的经典粒子。根据确切的赛道几何形状，棘轮机构可以是软的或严格的。在后一种情况下，skyrmion传播接近效率最大值。
2020-11-18 cond-mat.mes-hall
Toward room-temperature nanoscale skyrmions in ultrathin films
打破小尺寸和室温稳定性之间的困境是基于Skyrmion的信息技术的必要前提。在这里，我们证明了通过速率理论和原子自旋哈密顿量，孤立skyrmion的稳定性，可以提高磁相互作用的协调变化，而保持skyrmion的大小不变的铁磁薄膜。我们预测的薄膜系统中，亚10纳米skyrmions的寿命可以达到几年在环境条件下。如此小的Skyrmions的长寿命是由于异常大的Arabius指数前和能量势垒的稳定作用在室温下是微不足道的。一个戏剧性的增加，在指数前实现由于软化的磁振子模式的skyrmion，从而增加了熵的skyrmion相对于过渡态的崩溃。增加skyrmion变形模式的数量应该是实现纳米级室温稳定skyrmion的指导原则。
2020-12-15 cond-mat.mes-hall
Tailoring Zero-Field Magnetic Skyrmions in Chiral Multilayers by a Duet of Interlayer Exchange Couplings
提出利用手性多层膜中两种层间交换耦合的协同作用，从能量学和成核动力学两方面增强零场斯格明子稳定性并调控密度，为可扩展斯格明子器件提供方案。
2023-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of Ordered Magnetic Skyrmions in Thin Films at Ambient Conditions
磁skyrmions提出有趣的物理学，由于其拓扑性质，并持有未来的信息技术的重大承诺。实现Skyrmion器件的一个关键障碍是在环境条件下稳定这些自旋结构。在这篇文章中，我们利用非晶Fe/Gd多层膜的可调磁性来实现Skyrmion晶格，该晶格在大的温度和磁场参数空间内是稳定的，包括室温和零磁场。这些溷合的Skyrmions同时具有布洛赫型和内尔型的特征，并且通过偶极相互作用而不是Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用来稳定，后者通常被认为是生成Skyrmions所必需的。小角中子散射（SANS）与软X射线显微镜结合使用，以提供一个独特的，多尺度的探针的本地和长程序这些结构。这些结果确定了一种途径，工程师可控的skyrmion阶段的薄膜的几何形状，在环境条件下是稳定的。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Dynamic Skyrmion-Mediated Switching of Perpendicular MTJs: Scaling to 20 nm with Thermal Noise
在受限几何中产生和湮灭skyrmions的一种方法是使用电压控制磁各向异性（VCMA）[1，2，3]。先前的研究表明，在存在室温热噪声和晶粒间各向异性变化的情况下，可以通过创建并随后消除中间skyrmion态[4]来实现垂直磁性隧道结（p-MTJ）的软层中从上到下状态的鲁棒电压控制铁磁反转[4]。然而，当缩放到20 nm时，热噪声可以消除skyrmions，例如，通过随机地将核心移向纳米结构的边界。在这项工作中，我们研究了三个不同尺寸的p-MTJ，特别是横向尺寸为100 nm，50 nm和20 nm，并研究了开关行为的变化，随着尺寸的减小。特别是，我们的重点是调查在何种程度上skyrmion介导的开关方案可以采用低于50 nm的横向尺寸在热扰动的存在下。
2020-03-28 cond-mat.mes-hall
Energy efficient and fast reversal of a fixed skyrmions with spin current assisted by voltage controlled magnetic anisotropy
最近的工作[1，2]表明，具有自旋转移矩（STT）的铁磁反转在存在磁致伸缩的情况下需要比切换相同尺寸和垂直磁各向异性（PMA）的典型铁磁体更多的电流。然而，benefit促进稳定的skyrmion和我们报告说，当垂直各向异性调制（减少）的skyrmion和铁磁体，它需要更小的电流来扭转固定的skyrmion比扭转铁磁体在同一时间，或skyrmion扭转速度比铁磁体在类似的电流水平。我们表明，严格的微磁模拟和能量画像的skyrmion切换进行沿不同的路径在非常低的PMA，这导致在所需的自旋电流或反转所需的时间显着减少。这可以具有存储器应用的潜力，其中标准STT-RAM的相对简单的修改以包括与软磁层相邻的重金属并且具有隧道势垒的适当设计可以导致基于固定skyrmions的反转的能量高效和快速磁存储器器件。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Skyrmion Molecule Lattices Enabling Stable Transport and Flexible Manipulation
本文提出斯格明子分子晶格架构，通过对称性锁定使相反极化率的自旋斯格明子对形成稳定传播本征态，并结合边界工程技术实现对其产生、形变、湮灭和极化率反转的精确控制，在类石墨烯声表面波超材料中实验验证了稳定传输与灵活操控。
2025-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
From the spin eigenmodes of isolated Néel skyrmions to the magnonic bands of a skyrmionic crystal: a micromagnetic study as a function of the strength of both the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya and the exchange constants
界面间的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）可能导致铁磁薄膜中出现Néel skyrmion。这些拓扑保护结构，其直径小至几纳米，现在可以在室温下稳定，并已被提出用于实现人工磁振子晶体和新的自旋电子器件，如赛道存储器。从这个角度来看，分析它们在GHz范围内（即在当前通信设备的操作范围内）的动态特性是至关重要的。在这里，我们利用软件MuMax 3计算Néel skyrmions在1和30 GHz之间的范围内的动力学，首先考虑孤立skyrmions的本征模，然后考虑两个相互作用skyrmions的情况，最后考虑线性链，代表一维磁振子晶体，其磁振子能带结构已被计算为π-和交换常数的强度的函数，即D和A。磁振子带可以解释为来自孤立的Skyrmions的本征模，即使在特定的D和A值范围内发生杂交和反交叉现象。因此，改变后者的参数，例如通过适当选择材料和厚度，可以使人们能够微调相应的磁振子晶体的允许和禁止频率间隔。
2021-12-10 cond-mat.mes-hall
Photocontrol of spin scalar chirality in centrosymmetric itinerant magnets
本研究提出在中心对称巡游铁磁体中利用线偏振电场脉冲稳定非平衡自旋标量手性态，并通过圆偏振控制其符号，为光控自旋手性提供新途径。
2023-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Transverse instabilities of stripe domains in magnetic thin films with perpendicular magnetic anisotropy
条纹畴是存在于具有垂直磁各向异性的磁性材料中的窄的、细长的、反向的区域。条纹畴表现为一对畴壁，可以表现出具有非零手性的拓扑结构。最近的实验和数值研究确定了不稳定的条纹域在长方向上的成核孤立的磁skyrmions的一种手段。在这里，发病和非线性演化的横向不稳定性的动态条纹域被称为bion条纹的影响。两个非拓扑和拓扑变体的bion条纹示出具有不同的特性特征的长波长横向不稳定性。在前者中，小的横向变化的条纹的宽度导致颈部不稳定性，最终捏成一个链的二维呼吸器的液滴孤子对组成的非拓扑条纹。在后一种情况下，在条纹的中心的小变化的结果在蛇的不稳定性，其拓扑结构导致动态磁skyrmions和antiskyrmions以及周长调制液滴的成核。定量，分析预测的早期，线性演化和长期，非线性演化的平均拉格朗日方法，结合交换（色散）和各向异性（非线性）。分析方法具有通用性，可推广应用于其它类似结构。
2017-10-20 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque-driven skyrmion dynamics revealed by time-resolved X-ray microscopy
磁性Skyrmions是一种拓扑保护的自旋织构，具有吸引人的性质，适合于高密度和低功率自旋电子器件的应用。人们一直致力于理解磁skyrmion的动力学行为。然而，这种手征磁结构在真实空间中的超快动力学的实验观察，这是其准粒子性质的标志，迄今为止仍然难以捉摸。在这里，我们报告纳秒动力学的100 nm大小的磁skyrmion在电流脉冲的应用，使用时间分辨泵浦探测软X射线成像技术。我们证明了不同的动态激发态的磁skyrmions，电流引起的自旋轨道转矩触发，可以可靠地调整通过改变自旋轨道转矩的大小。我们的研究结果表明，磁skyrmions的动力学可以控制的纳秒时间尺度上的自旋-轨道扭矩，这表明在未来的超快和新颖的skyrmionic应用令人兴奋的机会。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Solitary Waves of Planar Ferromagnets and the Breakdown of the Spin-Polarized Quantum Hall Effect
确定了平面铁磁体中均匀传播孤立波的一个分支。作为守恒动量的函数，确定了各向同性铁磁体的孤立波的能量色散和结构。随着动量的增加，它们的结构经历了从类似于自旋波液滴的形式到Skyrmion/anti-Skyrmion对的转变。这些孤立波的形成的不稳定性被证明提供了一个机制的电场诱导击穿的自旋极化量子霍尔效应。
1998-01-15 cond-mat.mes-hall
Emergent Chaos-Like Dynamics of Spin-Orbit Torque-Driven Magnetic Transitions
Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy（马克斯·玻恩非线性光学和超短脉冲光谱研究所）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林赫尔姆霍兹材料能源中心）；Ferdinand-Braun-Institut (FBH)（费迪南德·布劳恩研究所）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron（德国电子同步辐射中心）
研究通过实时光谱成像和微磁模拟揭示自旋轨道扭矩驱动的磁转变在纳秒到皮秒尺度上出现混沌样行为，发现动态相变分离了确定性运动与瞬时不稳定性，首次实验观察到拓扑不稳定性和磁涡剥离现象。
2026-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling Skyrmion Lattice Orientation with Local Magnetic Field Gradients
Institute of Physics, Johannes Gutenberg University Mainz（约翰内斯·古腾堡大学美因茨分校物理研究所）；Department of Physics and Materials Science, University of Luxembourg（卢森堡大学物理与材料科学系）；Department of Materials Science and Engineering, Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学材料与工程系）；Centre for Quantum Spintronics, Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学量子自旋电子学中心）；Faculty of Physics, University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理学院）
通过局部磁感应梯度控制Skyrmion晶格取向，实现对磁性Skyrmion结构的可控创建、重新排列和删除。
2025-12-23 cond-mat.mes-hall
Thermal generation, manipulation and detection of skyrmions
近年来，在手性磁体1 -4和非对称磁性多层膜5 -13中实现skyrmions以及它们的电操纵2，7，8，10方面取得了重大进展。同样重要的是，可以利用skyrmions的热生成，操纵和检测来构建具有集成计算14和能量收集15的原型新架构。我们还需要验证skyrmions是否可以纯粹通过加热产生16，17，以及它们由温度梯度驱动的合成运动方向是否遵循扩散或相反的磁振子自旋力矩17 -21。在这里，我们解决了这些重要的问题，在微结构器件的多层：（Ta_CoFeB_MgO）15，（Pt_CoFeB_MgO_Ta）15和（Pt_Co_Ta）15集成与片上加热器，通过使用全场软X射线显微镜。密集的skyrmions的热生成归因于在设备边缘的低能量势垒，连同热诱导的形态从条纹域skyrmions的过渡。实验观察到skyrmions从热区向冷区的单向扩散。这可以从理论上解释为来自skyrmions之间的排斥力的组合贡献，以及与magnonic自旋力矩竞争的热自旋轨道力矩17，18，20，21和熵力22。这些热产生的skyrmion可以通过测量伴随的异常能斯特电压来进一步检测。片上热电产生，操纵和检测skyrmions可以打开另一个令人兴奋的途径，使skyrmionics，并促进自旋caloritronics 15，magnonics 24和skyrmionics 3，4，12之间的跨学科研究。
2020-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling the Skyrmion Density and Size for Quantized Convolutional Neural Networks
Skyrmion设备显示出高能效和高集成度的数据存储和计算能力。本文介绍了Ta/IrMn/CoFeB/MgO薄膜系统中磁skyrmion的产生和稳定性的实验和微磁学研究结果。我们调查的Skyrmion密度和尺寸的磁场依赖性，使用极性磁光克尔效应MOKE显微镜支持的微磁学研究。研究了在磁场作用下拓扑荷随时间的演化规律，解释了其变化动力学。此外，考虑到这些skyrmion设备的电压控制，我们评估的Dzyaloshinskii Moriya相互作用和磁各向异性的skyrmion的大小和密度的依赖。此外，我们提出了一种基于skyrmion的突触装置的基础上的MOKE和微磁调查的结果。我们在器件中展示了自旋-轨道矩控制的高线性度和均匀性的离散拓扑电阻态。拓扑电阻的离散性使其成为量化神经网络（QNN）中权值量化的硬件实现的良好候选者。神经网络在CIFAR10数据集上进行了训练和测试，其中设备作为突触，实现了87%的识别准确率，这与理想的基于软件的方法的结果相当。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anomalous Fermi liquid phase in metallic Skyrmion crystals
在非中心对称晶体如MnSi中，磁序可以采取Skyrmion晶体（SkX）的形式。在这一阶段，传导电子耦合到本地磁矩获得一个贝瑞的阶段，导致涌现的电磁。受MnSi中的非费米液相的实验报告的启发，在该实验中观察到电阻率按$Δρ\sim T^{3/2}$缩放，在这里，我们研究了无公度SkX的耦合声子对电子的影响。尽管形式上类似于由费米表面耦合到电磁场组成的系统，但Berry相位波动不会导致非费米液体行为。相反，我们提出了一种不同的机制，其中电子散射的柱状波动在三维SkX。当忽略晶格诱导各向异性的影响时，这些波动是超软的，并诱导出“反常费米液体”，其中朗道准粒子存活，但具有垂直于柱的反常$Δρ(T)\sim T^{7/4}$电阻率，以及沿柱的费米液体电阻率。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.str-el
Effective description of domain wall strings
畴壁动力学的分析往往被简化为一维物理问题。对于薄膜中的畴壁，更现实的方法需要将其描述为二维物体。这包括沿畴壁的涡流和曲率的研究以及边界效应的影响。在这里，我们提供了一个软模式，允许分析研究物理扩展畴壁及其稳定性方面的理论。通过考虑不规则形状的skyrmions作为封闭的域壁，我们分析了它们的塑性，并比较它们的动力学与圆形skyrmions。我们的理论直接提供了磁skyrmions的激发模式的分析描述，以前只能访问复杂的微磁数值计算和频谱分析。这些解析表达式提供了实验可以测试的不同物理参数的标度行为。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall
Planar Interfaces for Transmission of Chiral Spin Textures
Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室理论部）；Center for Memory and Recording Research, University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校记忆与记录研究中心）
本文通过微磁模拟和解析判据，研究斯格明子在不同平面磁性界面的传输特性，明确同序与混合序界面的传输规律，指出平面界面可作为主动传输元件，为异质斯格明子轨道提供设计依据。
2026-08-04 cond-mat.mes-hall
Wave-nature and metastability of emergent crystals in chiral magnets
磁性材料中出现的拓扑自旋织构通常以晶态出现。一个长期存在的难题是，我们应该把这些涌现的晶体理解为聚集粒子还是耦合波，这个问题的答案几乎影响了我们对这个问题的理解的每一个方面。本文证明了螺旋磁网中具有长程序的二维出射晶体，如Skyrmion晶体和偶极Skyrmion晶体，具有波动性质。系统地研究了它们的平衡性质、亚稳性和不稳定时的相变路径。我们表明，Skyrmion晶体的鲁棒性来自其亚稳性，其相变动力学在低（高）磁场介导的软模式，打破（保持）其六方对称性。不同于普通的晶体是由。并分裂成原子，涌现晶体有一个新的形成（破坏）机制：他们出现（转向）单Q自旋密度波态通过非线性模式模式的相互作用。
2018-12-15 cond-mat.mes-hall
Three-Dimensional Shankar Skyrmions in Frustrated Antiferromagnets
University of Luxembourg（卢森堡大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Universidad de Chile（智利大学）；Universidad de Tarapacá（塔拉帕卡大学）
本文为受挫手性反铁磁体中的三维Shankar斯格明子建立连续介质理论，通过标度分析确定稳定条件，识别两种微观实现路径，并揭示其呼吸振荡集体模式，为3D非阿贝尔拓扑纹理研究提供框架。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Creation and confirmation of Hopfions in magnetic multilayer systems
拓扑孤子在经典场论中已经研究了几十年，最近开始影响凝聚态物理。在这些孤子中，磁Skyrmion是具有连续磁化绕组的二维粒子状物体，磁Hopfions是可以由扭曲的Skyrmion弦的闭合回路形成的三维拓扑孤子。虽然对磁skyrmions的深入研究正在进行中，以实现对先进存储和逻辑设备的基本理解和潜在应用，但到目前为止，磁Hopfions的实验创建和确认一直难以捉摸。理论模型表明，霍普夫子可以在阻挫或手性磁系统中稳定，并且目标skymions可以通过调整其垂直磁各向异性而转化为霍普夫子。在这里，我们提出了磁性霍普夫离子的实验证据，在磁性Ir/Co/Pt多层形成纳米级磁盘，这是已知的主机目标skyrmions。利用X射线磁圆二色性效应作为磁衬度机制，在表面灵敏X射线光电子显微镜和体灵敏软X射线透射显微镜中，结合两种横向分辨率约为20- 30 nm的元素特异性磁X射线显微镜技术，证实了磁性Hopfions和靶Skyrmions的三维自旋织构。我们期望这些结果将激发对具有不同拓扑结构的Hopfions的进一步研究，以及它们在三维自旋电子学器件中的潜在应用。
2020-10-17 cond-mat.mes-hall
Proposal for a micromagnetic standard problem for materials with Dzyaloshinskii-Moriya interaction
了解Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction，简称Dzyaloshinski-Moriya interaction）在螺旋磁序形成中的作用，以及缺乏反转对称性的磁系统中skyrmions的出现，由于新型自旋技术的巨大潜力，人们越来越感兴趣。作为Skyrmions宿主的候选材料包括属于B20族的材料，如FeGe，已知用于稳定布洛赫类Skyrmions，界面系统如钴多层膜或Ir（111）顶部的Pd/Fe双层，已知用于稳定Néel类Skyrmions，以及最近，具有晶体对称性的合金，其中反Skyrmions被稳定。微磁模拟已成为一种标准的方法，以帮助设计和优化的自旋电子和磁性纳米器件，也适用于建模的设备应用程序，使使用skyrmions。几个公共领域的微磁仿真软件包，如OOMMF，MuMax 3和Fidimag已经提供了不同的磁参数的实现。因此，非常希望提出一个所谓的微磁标准问题，它将允许一个基准测试和测试不同的软件包，以类似的方式，是做的铁磁材料，而没有超导。在这里，我们提供了一系列定义明确且日益复杂的计算问题，用于磁性材料。我们的测试问题包括1D，2D和3D域，自旋波动力学的存在下，自旋波，和验证的分析和数值解，包括均匀磁化，边缘倾斜，自旋波和skyrmion形成。这组问题可以被新的微磁模拟代码的开发者和…
2018-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Chirality-driven orbital magnetic moments as a new probe for topological magnetic structures
当电子被驱动通过非常规的磁性结构，如skyrmions，它们会经历产生几个霍尔效应的电磁场。独立地，基态突现磁场也可以导致轨道磁性，即使没有自旋-轨道相互作用。霍尔效应和轨道磁化的几何理论之间的密切相似性提出了一个问题：Skyrmion是否显示拓扑轨道磁性？在这里，我们首先解决最小的系统与非零涌现的磁场，三聚体，从第一性原理表征的轨道磁性。基于这种认识，我们研究了skyrmions的轨道磁性，并证明了由突现磁场驱动的贡献是拓扑的。这意味着，在磁结构的连续变形下，对轨道矩的拓扑贡献不会改变。此外，我们用它提出了一个新的实验方案，拓扑磁结构的识别，软X射线光谱。
2016-09-23 cond-mat.mes-hall
Unveiling the emergent traits of chiral spin textures in magnetic multilayers
磁skyrmions是拓扑缠绕的纳米级自旋纹理，其环境稳定性和多层膜中的电操纵导致了研究活动的爆炸。虽然过去的努力主要集中在孤立的skyrmions，最近合奏的手性自旋纹理，包括skyrmions和磁条，被证明具有丰富的相互作用与潜在的设备应用。然而，手性自旋织构现象学的几个基本方面仍有待阐明，包括它们的畴壁结构，热力学稳定性和形态转变。在这里，我们揭示了这些纹理特征的演变在一个可调的多层平台-其中手性相互作用支配自旋纹理能量可以广泛变化-使用全场电子和软X射线显微镜与数值模拟相结合。随着手性相互作用的增加，我们证明了Néel螺旋的出现，随后是域压缩性的显着降低，最后是Skyrmion形成机制的转变。结合分析模型，这些实验建立了一个全面的微观框架，用于研究和定制多层膜中的手性自旋织构特性。
2022-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Soft X-ray Vortex Beam detected by In-line Holography
我们演示了具有轨道角动量的软X射线涡旋光束的同轴全息术。全息图被记录为来自叉形光栅的布拉格衍射波和由菲涅耳波带片产生的发散波之间的干涉。所获得的图像表现出叉形干涉条纹，这证实了涡旋光束的形成。通过对干涉图像的分析，成功地得到了螺旋相位分布。结果表明，同轴全息技术是有前途的拓扑磁体，如磁skyrmion的表征。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
