Metallic, Magnetic and Molecular Nanocontacts
扫描隧道显微镜和断裂结实验实现了金属和分子纳米接触，作为宏观电极之间的理想一维通道。这些系统中出现的典型纳米现象包括结构、机械、电子、传输和磁性。这篇综述着重于第一性原理方法的帮助下获得的这些属性的理论解释。通过追踪平行的理论和实验的发展，从发现纳米线的形成和电导量子化的金纳米线，最近观察到的紧急磁性和近藤相关性，我们的主要概念和成分需要汇集从头计算和物理观测。可以预见，二极管，传感器，自旋阀和自旋过滤器的功能相关的自旋电子学和分子电子学的应用将受益于由此获得的物理理解。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Simple Model for Energy and Force Characteristics of Metallic Nanocontacts
在自由电子模型中计算了孤立和与电极接触的金片和金属丝的能量性质和拉伸力的量子尺寸振荡。费米能量和方势阱深度之间的一个简单的关系，并测试低维系统。结果表明，考虑到电子子系统的平板（或线）在接触作为开放的，接触的行为就像一种电子泵，吸或泵出电子从样品。考虑了接触电势差对弹性力振荡的影响。力振荡的振幅的计算结果与实验观察到的结果定性一致。
2003-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical influence of vortex-antivortex pairs in magnetic vortex oscillators
研究了纳米接触磁涡旋振荡器中的磁化强度随温度的变化规律。低温实验表明，在低电流和高电流的动力学性质不同。在低电流，我们激发一个温度无关的标准振荡模式，包括在gyrotropic运动的自由层涡旋的纳米接触。在临界电流以上，观察到频率的突然跳变，伴随着频率与电流斜率因子的显著增加。使用微磁模拟和分析建模，我们将这种新的制度的自旋阀的钉扎层中的涡旋-反涡旋对的创建。涡旋-反涡旋距离取决于有利于分离的奥斯特场和有利于对合并的交换偏置场。钉扎层中的对提供了改变自由层涡旋的动力学的附加自旋扭矩，这可以通过分析模型定量地解释。
2015-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of stretching on the ballistic conductance of Au nanocontacts in presence of CO: a density functional study
利用密度泛函理论研究了CO在Au单原子链上的吸附行为。我们比较桥和顶部的吸附网站的CO，发现桥网站是大力支持在这里研究的所有菌株。顶部吸附引起几乎完全抑制的纳米接触的弹道电导，而吸附在桥网站的结果在电导值接近0.6 G0，与以前的实验数据一致。我们表明，只有桥的网站可以定性地解释的电导作为一个函数的接触拉伸中观察到的实验电导痕迹的演变。理论和实验电导斜率之间的数值差异是合理的，通过一个简单的模型的金属引线的弹性响应。我们还验证了我们的电导值不受纳米接触几何形状的具体选择的影响，通过比较两种不同的原子模型的提示。
2012-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Localized Electron States Near a Metal-Semiconductor Nanocontact
通过将静电极化势引入原子单粒子薛定谔方程，计算了纳米线与实验相关尺寸的金属电极接触时的电子结构.我们表明，电极的存在下产生局部电子/空穴状态附近的电极，一种现象只表现在纳米结构和忽视了在过去。这种现象将对这种纳米系统中的电子输运产生深远的影响。我们计算几个电极/纳米线的几何形状，不同的接触深度和纳米线半径。我们证明了直径3 nm的CdSe纳米线的带隙变化高达0.5 eV，并计算了克服局部化所需的外加电场的大小。
2007-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Frequency shift keying in vortex-based spin torque oscillators
基于涡旋的自旋扭矩振荡器可以由连接到电纳米接触的扩展自旋阀制成。我们研究了在这些振荡器中实现频移键控调制。在10 MHz范围内对电流进行平方调制时，涡旋频率遵循电流指令，在光谱测量中容易识别两个交换频率。输出功率的频率分布可以通过直流电流涡旋波形的卷积变换和电流调制来解释。建模表明，频率转换是相位相干的，持续时间小于25 ns。除了多倍频程可调谐性和一流的灵活性外，频移键控调制能力是在RF电路中实现基于涡旋的振荡器的另一个里程碑。
2011-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A first-principles approach to electrical transport in atomic-scale nanostructures
我们提出了一个第一性原理的数值实现的兰道尔形式主义的电输运的纳米结构的特征下降到原子水平。我们的方法的新颖性和趣味性主要在于两个事实。首先，它使用了通用的Gaussian98代码，该代码在量子化学社区中广泛使用。其次，它通过Bethe晶格以一种非常通用和有效的方式结合了半无限电极。我们将这种方法称为高斯嵌入聚类方法（GECM）。为了与其他提出的实施方式进行接触，我们通过计算一些研究充分的系统中的电导来说明我们的技术，例如金属（Al和Au）纳米接触和连接到金属（Al和Au）电极的C原子链。在铝纳米接触的情况下，电导原来是相当依赖于详细的原子排列。相反，Au纳米接触的电导呈现出相当普遍的特征。在C链的情况下，自洽性保证了局部电荷转移和分子和电极能级的正确对准，我们发现，电导随链中的原子数振荡，而不管电极的类型。然而，对于短链和铝电极的奇偶周期性是相反的平衡键距。
2002-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque driven magnetization dynamics in a nanocontact setup for low external fields: numerical simulation study
我们提出了一个相对较大的接触直径（D = 80 nm）和小的外部场（H = 30 Oe）的情况下，在点接触几何形状的自旋极化电流驱动的稳态磁化动力学的数值模拟研究。我们表明，在这些条件下的磁化动力学是定性不同的动态观察到的小接触在大的外部磁场。特别是，“子弹”模式与均匀的模式核心，这是占主导地位的本地化模式的小接触，没有发现在这里。相反，在模拟中观察到的所有局部振荡模式对应于不同的运动类型的涡-反涡（V-AV）对。这些种类包括具有V-AV距离d ~ D的对的旋转和平移运动以及小得多的（卫星）V-AV对的产生/湮灭。我们还表明，在这里研究的几何形状的奥斯特场有一个定性的影响上的磁化动力学的“自由”层。这种效应提供了通过合适的电接触设置来控制磁化动力学的可能性，该电接触设置被优化以产生期望的奥斯特场。最后，我们证明，当考虑到“固定”层的磁化动力学（仅由杂散场与“自由”层的相互作用引起）时，振荡开始的阈值电流急剧降低，并出现新类型的本地化模式。总之，我们表明，我们的模拟再现半定量的几个重要特征的磁化动力学在一个点接触系统的低外场实验报告。
2009-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasi-one-dimensional metallic conduction channels in exotic ferroelectric topological defects
铁电拓扑对象（例如，涡旋，skyrmions）提供了一个肥沃的土壤，探索新兴的物理特性，可能会被利用在未来的可配置的纳米电子器件。在这里，我们展示了准一维金属高导电通道沿两种类型的外来拓扑缺陷，即拓扑核心（i）一个象限的涡旋域结构和（ii）一个中心域（类似的）结构限制在高品质的BiFeO 3纳米岛阵列，简称为涡旋核心和中心核心。我们通过相场模拟揭示了沿中心核的超细（< 3 nm）金属导电通道是由限制在核中的屏蔽载流子引起的，而涡核的高电导是由场诱导的扭曲态引起的。通过电场操纵两种拓扑状态，这些导电通道可以被重复地和可逆地创建和删除，导致开/关比高于103的表观电阻效应。这些结果开辟了利用这些功能的一维拓扑对象在高密度纳米电子器件，如高密度非易失性存储器的可能性。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Linking Thermal History to Shear Band Interaction and Macroscopic Ductility in Metallic Glasses
Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）；Institute of Advanced Magnetic Materials, College of Materials & Environmental Engineering, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学材料与环境工程学院先进磁性材料研究所）；State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室）；School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
研究通过分子动力学模拟揭示金属玻璃中剪切带相互作用与热历史的关系，发现缓慢淬火样品促进剪切带的偏转和合并，从而提升延展性。
2025-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Wavelength-Selective control of Atomic Scale Au Contacts
Yachay Tech University（亚查伊科技大学）；Universidad San Francisco de Quito（基多圣弗朗西斯科大学）；Universidad de Alicante（阿利坎特大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
该研究在机械可控金断点结中，利用530 nm和407 nm波长的光分别驱动金纳米接触的间隙闭合与打开，确立了光选原子漂移作为金属纳米接触可逆控制的机制，可实时定量追踪等离激元辅助的原子重排。
2026-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large microwave generation from d.c. driven magnetic vortex oscillators in magnetic tunnel junctions
自旋极化电流可以通过自旋角动量向局域自旋系统的转移来激发铁磁体的磁化。这种纯自旋相关的输运现象导致诱人的可能性，实现纳米尺度，CMOS兼容和可调谐微波发生器在未来的无线通信低偏置操作。由自旋转移效应引起的磁涡旋持续运动产生的微波辐射似乎是获得适当谱线宽度的一种独特方式。然而，在已经观察到这种涡旋振荡的金属系统中，所产生的微波功率太小。在这里，我们提出了实验证据的自旋转移诱导的核心涡旋进动MgO基磁性隧道结具有类似的良好的光谱质量，但发射功率至少一个数量级强。更重要的是，与其他自旋转移激发不同，实验结果与模型之间的全面比较为自旋转移诱导涡进动的机制提供了一个清晰的教科书式的解释。
2010-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Massively parallel atomistic simulation of ultrafast thermal spin dynamics of a permalloy vortex
超快磁化动力学探测磁性材料的最基本属性，探索有关负责磁现象的基本相互作用的问题。热效应对于金属系统的激光诱导动力学是非常重要的，但是对于拓扑磁结构的动力学却知之甚少。在这里，我们应用大规模并行原子自旋动力学模拟研究坡莫合金涡旋的50 fs激光脉冲的响应。我们发现，宏观上的短时间尺度的动力学是无法区分的散装，但强大的边缘自旋波导致一个复杂的时间演化的磁性结构和长寿命的纳秒时间尺度上的振荡。在不久的将来，这种模拟将提供前所未有的洞察力的磁性材料和设备的动态超越连续微磁学的近似。
2019-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence for Superconducting Phase Coherence in the Metallic/Insulating Regime of the LaAlO3-SrTiO3 Interface Electron System
LaAlO 3-SrTiO 3界面处存在具有极低载流子密度（约为10^13 cm^-2）的超导相。如果借助于栅极场耗尽载流子，则该超导相经历到金属/绝缘状态的转变，该金属/绝缘状态的特征仍然在于状态谱密度中的间隙。测量和分析这个差距的临界场，我们提供的证据表明，宏观相位相干库珀对存在于金属/绝缘状态。这是由波动的涡旋-反涡旋对，而不是由单独的、不动的库珀对来表征的。此外，测量产生的二维系统的超导相干长度的载流子密度依赖。
2015-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic Transmission Through Metallic Nanowires: Generalized Scattering Matrix Approach
本文提出了一种求解三维电磁散射问题的简单有效的方法，该方法可以很好地描述亥姆霍兹方程。所使用的矩阵代数提供了出色的稳定性对结的数量，以及很大的计算速度。矩阵截断法产生一个简单的单参数收敛过程。随后，电子通过金属纳米线的输运的一些方面进行了研究，通过使用Landauer散射的电导方法。我们预测目前的涡环模式的存在，由于足够尖锐的窄宽连接原子大小的点接触。散射中心之间的纵向共振为理解理想单原子接触中的负微分电阻提供了一个简单的物理图像。具有高几何完美性的相对长的纳米线-如最近通过透射电子显微镜观察到的那些-被建模，在给定的入射能量间隔下表现出共振隧穿和全反射。
2000-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimization of vortex pinning by nanoparticles using simulations of time-dependent Ginzburg-Landau model
在超导材料中引入纳米粒子是提高其载流能力的有效途径。我们解决的问题，优化涡旋钉扎景观随机分布的金属球形夹杂物的大规模数值模拟的时间相关的金-朗道方程。我们发现了在固定磁场中实现最高临界电流的粒子的尺寸和密度。对于每种颗粒尺寸和磁场，临界电流在一定的颗粒密度下达到最大值，其通常对应于总体积的15-23%被非超导材料替代。对于固定的直径，该最佳颗粒密度随着磁场的增加而增加。此外，我们发现，在给定的温度下，随着磁场从4.5到2.5相干长度的最佳颗粒直径缓慢减小。这一结果表明，钉扎景观的设计考虑到相关的磁场规模的具体应用。
2015-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.supr-con
Interlocked Vortex Order in the Frustrated $A_3$V$_9$Te$_{13}$ Lattice ($A$=Cs,Rb)
New Cornerstone Science Laboratory, Center for Correlated Matter, Zhejiang University（新Cornerstone科学实验室，关联物质中心，浙江大学）；School of Physics, Zhejiang University（物理学院，浙江大学）；Institute for Advanced Study in Physics, Zhejiang University（物理学高等研究院，浙江大学）
本研究通过第一性原理计算，证实阻挫$A_3$V$_9$Te$_{13}$晶格可稳定涡旋/反涡旋反铁磁基态，其电子结构兼具 kagome 金属特征，且 Cs、Rb 基化合物的能带特性存在差异，为相关研究提供了新平台。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Asymmetric stress engineering of dense dislocations in brittle superconductors for strong vortex pinning
本文提出非对称应力场挤压策略，在脆性高温超导体中直接形核高密度位错，使铁基超导体在33 T下载流能力提升五倍，为刚性晶体位错工程提供了可推广框架。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A new class of chiral materials hosting magnetic skyrmions beyond room temperature
Skyrmions是一种具有拓扑结构的涡旋状纳米自旋结构，由于其在电磁响应和自旋电子学中的应用而引起了人们的广泛关注。特别地，具有手性和立方/四方晶体结构的金属磁体可以具有高电势以容纳可以由低电流激励驱动的skyrmion。然而，迄今为止，对于金属手性磁体，特别是MnSi型B20化合物，Skyrmions的实验观察仅限于室温以下。对于技术应用，关键是要超越这一限制。在这里，我们证明了形成的skyrmions具有独特的自旋螺旋在室温和以上的立方手性磁体的家庭：β-Mn型钴锌锰合金与不同的手性空间群的B20化合物。洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）、磁化强度和小角中子散射（SANS）测量明确地揭示了在施加磁场（H<~1 kOe）下以薄板（厚度<150 nm）和块状形式形成的skyrmion晶体。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-$q$ Cycloid and Double-$q$ Vortex Lattices in Layered Magnetic Semimetal EuAg$_4$Sb$_2$
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Institut Laue Langevin（朗之万研究所）；European Spallation Source ERIC（欧洲散裂源）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；National High Magnetic Field Laboratory, LANL（洛斯阿拉莫斯国家实验室高磁场实验室）；Hokkaido University（北海道大学）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences（瑞士保罗谢勒研究所中子与μ子科学中心）
研究揭示EuAg$_4$Sb$_2$中存在三种零场磁结构，通过实验发现ICM1为单$q$圆环，ICM2和ICM3为双$q$涡旋晶格，揭示了磁性相变与拓扑磁结构的关系。
2025-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
