Magneto-Mechanical Metamaterials with Widely Tunable Mechanical Properties and Acoustic Bandgaps
机械超材料是一种结构化的人造材料，允许在自然界中观察不到的独特行为，使它们成为广泛应用的有希望的候选者。现有的超材料缺乏可调谐性，因为它们的特性在制造后只能在有限的程度上改变。在本文中，我们提出了一种新的磁机械超材料，允许通过变形模式分支的新概念的大的可调谐性。这种新型超材料的结构采用了使用硬磁软活性材料的非对称接头设计，该设计允许在相反方向的磁场下的两种不同的致动模式（弯曲和折叠）。随后施加机械力导致变形模式分支，其中超材料架构转变成两种明显不同的形状，这两种形状表现出非常不同的变形，并且能够实现诸如机械刚度和声学带隙之类的性质的极大可调性。此外，这种超材料设计可以与具有全局刚度可调性的磁性形状记忆聚合物结合，这进一步实现了声学行为的全局偏移。磁致动和机械致动的结合，以及形状记忆效应，为超材料的新范例注入了无与伦比的可调特性。
2020-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Magneto-Mechanical Synergism in the Process-Structure Correlation in Fe-C Alloys: A Phase-Field Modeling Approach
本研究通过相场建模方法，揭示了磁场、化学和弹性驱动力对铁碳合金微观结构演变的影响，建立了磁辅助热处理与微观结构控制的关联。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Fracture properties of La(Fe,Mn,Si)13 magnetocaloric materials
La（Fe，Mn，Si）13合金是一类很有前途的磁制冷材料。在器械组装和操作过程中与其结构完整性相关的挑战需要深入了解机械性能。在这里，我们开发了一个工作流程，以定量研究断裂性能的La（Fe，Mn，Si）13板用于磁冷却设备。我们采用显微结构表征，光学检查的缺陷，和四点弯曲测试的样品与已知的缺陷尺寸，以评估其机械性能。我们建立了残余强度曲线，直接将观察到的缺陷与机械强度联系起来。对于所采用的几何形状，氢化La（Fe，Mn，Si）13的估计断裂韧性KC约为4 MPa m^1/2。建立的强度和裂纹长度之间的关系使得能够通过光学显微镜检查缺陷来预测机械性能，因此可以在工业上用于指导板材选择，以保证制冷设备的机械稳定性。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci
The mechanical back-action of a spin-wave resonance in a magnetoelastic thin film on a surface acoustic wave
声表面波（SAW）在压电晶体表面传播时，通过磁弹性相互作用，可以在衬底上沉积的磁性薄膜中激发自旋行波共振。磁膜中的这种自旋波共振产生了磁弹性起源的时间动态表面应力，该应力作用在压电体的表面上并修改SAW传播。与以前的分析，治疗作为一个磁振子-声子极化激元的激励，在这里的磁弹性膜被视为一个扰动修改的SAW边界条件。我们使用声学微扰理论找到封闭形式的表达式的反作用表面应力和应变场和由此产生的SAW速度的变化和衰减。我们表明，与此自旋波的反作用相关的剪切应力场也产生有效的表面电流的压电同相和异相的驱动SAW电位。这些表面电流的特性和它们的应用程序中确定的磁弹性耦合进行了讨论。微扰计算进行了明确的第一顺序（一个政权对应于当前感兴趣的许多实验情况），我们提供了一个草图的理论在更高的订单的影响。
2016-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Tunable bandgaps and symmetry breaking in magneto-mechanical metastructures inspired by multi-layer 2D materials
在这封信中，我们介绍了一个范例，以实现磁机械的元结构的启发，多层二维材料，如石墨烯双层。元结构旨在捕获其纳米级对应物的两个方面。一种是多层几何结构，它是通过堆叠六边形晶格片来实现的。另一个是弱层间力的景观，这是由位于相邻层上相应晶格位置的磁体对之间的相互作用模拟的。我们通过一个三层原型来说明这种模式的潜力。两个刚性的外晶格作为控制层，而薄的内层在与外晶格交换的磁力的约束作用下自由地经历弯曲运动，从而表现为弹性地基上的晶格。内层可以相对于其他层自由旋转，从而产生丰富的层间相互作用模式。我们的目标是确定如何通过改变层间的扭转角来调整动态响应。具体来说，我们通过实验证明，不同堆叠模式之间的切换对声子景观产生深远的影响，在不同频率范围内打开和关闭带隙。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Model of Large Magnetostrain Effect in Ferromagnetic Shape Memory Alloys
本文简要地报道了几种铁磁记忆合金如Ni_2MnGa的大磁应变效应的定量模型，并对类似材料的力学和磁性能作了精确的热力学考虑。因此，从一般泊松法则直接导出了包含磁场效应的基本力学状态方程。结果表明，磁场引起的形变效应与磁化强度的应变依赖性直接相关。一个简单的模型的磁化强度和应变的依赖关系被认为是和应用解释的实验研究结果的大磁应变效应在Ni2MnGa。
1999-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Spin-mechanical coupling in 2D antiferromagnet CrSBr
本文利用纳米光-电-机械干涉测量法探测二维反铁磁体 CrSBr 的相变与磁致伸缩，揭示其强自旋-力学耦合及栅极应变近50%的可调性，为原子级薄磁传感与量子转换奠定基础。
2024-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelastic-magnetoelectric phase transitions in multiferroic BiFeO3
我们测量的多铁性BiFeO 3的介电常数和机械响应表明四个相变低于室温。特征与在50 K（来自零场冷却磁化率的峰值）和230 K（来自场冷却和零场冷却磁性数据之间的分裂[1]）以及200 K（来自磁振子光散射截面[2]）报告的特征相关。主要的序参量不是任何低T跃迁中的极化。相反，在230 K附近的转变显示出强的弹性耦合，而在50 K的转变基本上是磁性的，但磁致伸缩耦合到晶格。低T相变显示玻璃态行为。在介电和力学研究中，在140 K时被解释为自旋重取向的另一个异常[2，3]仅显示出微弱的变化，表明它主要是磁性的，与任何其他序参量几乎没有耦合。
2008-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Active magneto-mechanical metamaterial with the wave transmission and Poisson's ratio controlled via the magnetic field
本文提出一种可通过外部磁场大小和方向远程调控的磁力机械超材料，实现了泊松比从强拉胀到正值的连续切换以及声子带隙的主动调控，为可远程控制的机器人和智能减振器提供了新途径。
2025-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magneto-thermomechanically triggered active mechanical metamaterials -- untethered, reversible, reprogrammable transformations with shape locking
本文提出一种磁-热-机械协同方法，利用形状记忆聚合物与结构失稳实现无系绳、可逆、低功耗的可重编程变形和形状锁定，为主动超材料与软体机器人设计开辟新路径。
2022-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding spintronics in F/N/F structures through a mechanical analogy
一个机械等效系统被引入来模拟具有扩散自旋输运的多层结构的行为。类比允许一个使用现有的机械直觉来预测各种参数对自旋扭矩和自旋相关的磁阻的影响。特别是，它提供了一个不对称的F/N/F自旋阀的自旋力矩的符号变化行为的理解。这有助于进一步揭示超薄N层器件中自旋磁阻奇异行为背后的物理原因。
2020-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Field Tunable Small-scale Mechanical Properties of Nickel Single Crystals Measured by Nanoindentation Technique
纳米和微磁性材料在微功能器件中得到了广泛的应用。然而，测量小尺度的机械和磁机械性能是具有挑战性的，这限制了新产品的设计和智能设备的性能。发展了一种新的磁力纳米压痕技术，并在饱和磁场存在和不存在的情况下对镍单晶进行了测试。小尺度参数如杨氏模量、压痕硬度和塑性指数依赖于所施加的磁场，这与它们的宏观尺度对应物有很大不同。导致模量增加31%和硬度降低7%的可能机制（即，分析和讨论了磁致伸缩效应和位错与磁场的相互作用。研究结果可用于可调谐机械谐振器和磁场传感器等微型化应用。
2014-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear dynamics and magneto-elasticity of nanodrums near the phase transition
本文研究了悬浮FePS₃异质结构纳米鼓在反铁磁相变附近的非线性磁机械耦合，通过解析磁致伸缩模型揭示了磁弹性导致非线性阻尼的机制。
2023-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A brief introduction to giant magnetoresistance
巨磁电阻（GMR）是在由交替的铁磁层和非铁磁层组成的薄膜结构中观察到的一种量子力学磁电阻效应。该效应表现为在存在磁场的情况下电阻的显著降低（典型地10-80%）。硬盘驱动器制造商在商业上利用了这种效应。2007年诺贝尔物理学奖授予阿尔伯特·费特和彼得·格伦伯格，以表彰他们对巨磁电阻的发现。
2014-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Strain-enhanced tunneling magnetoresistance in MgO magnetic tunnel junctions
虽然晶格失配引起的应变、机械应变以及薄膜的本征应变的影响有时是有害的，导致机械变形和失效，但是应变也可以被有效地利用于诸如数据存储、晶体管、太阳能电池和应变仪等应用。在这里，我们表明，量子输运磁隧道结（MTJ）可以显着影响通过引入可控的机械应变，实现实验隧道磁阻（TMR）比的增强因子~2。我们进一步关联这种应变增强的TMR与通过MgO势垒的相干自旋隧穿。此外，应变增强TMR分析使用非平衡格林函数（NEGF）量子输运计算。我们的研究结果有助于在原子水平上阐明TMR机制，并可以提供一种新的方法来增强和调整纳米材料和器件的量子特性。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical enhancement of quantum oscillations
本文通过实验与数值模型证明，TaNiTe$_5$ 中磁阻量子振荡的增强源于测量装置机械特性与磁转矩振荡的耦合，而非拓扑性质。
2025-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical control of physical properties in the van der Waals ferromagnet Cr2Ge2Te6 via application of electric current
Cr2 Ge 2 Te 6是一种范德华铁磁体，居里温度为66 K。在这里，我们报告了一个快速的变化，在应用小直流电流，一个巨大的，但各向异性的磁电效应，和一个尖锐的，晶格驱动的量子开关表现在I-V特性的大块单晶Cr2 Ge 2 Te 6的磁基态。在这些观察到的现象的核心是一个新发现的，强烈的各向异性磁弹性耦合，使强烈的各向异性响应的晶格应用的电流和/或磁场，因此在Cr2 Ge 2 Te 6的奇异现象。磁性半导体中这种罕见的机械可调性为独特的功能材料和器件提供了诱人的前景。
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magneto-active composites with locally tailored stiffness produced by laser powder bed fusion
本研究提出单步激光粉末床熔融工艺，通过调控局部激光参数实现磁活性复合材料刚度在2-22MPa范围内的定制，制备的梯度结构驱动器性能优于均质结构，还展示了其在个性化磁响应支架等生物医学领域的应用潜力。
2023-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Giant atomic magnetocrystalline anisotropy from degenerate orbitals around Fermi level
具有巨磁晶各向异性能（MAE）的纳米结构在设计小型化磁存储和量子计算器件中是期望的。通过从头算和模型计算，我们提出了特殊的p-元素二聚体和单原子吸附在匹配衬底上具有72-200 meV的巨原子MAE，并且具有室温结构稳定性。巨大的MAE来源于费米能级附近的简并轨道。更重要的是，我们开发了一个简化的量子力学模型来理解如何获得支撑磁性结构的巨大MAE的原理。这些发现和机制为在纳米结构中设计巨原子MAE提供了范例。
2016-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Unified Theory of Magnetoelastic Effects in B20 chiral magnets
磁skyrmion是一种自旋涡旋，具有拓扑保护和对电流的高迁移率。手性磁体中的固有磁弹性耦合允许使用机械载荷操纵磁性skyrmion及其晶格，这对于开发未来的自旋电子学器件是必不可少的。实验中发现，Skyrmion的稳定性和变形对应力敏感，而磁性Skyrmion的出现反过来又对底层材料的力学性能产生显著影响。然而，一个理论，解释这些相关现象在一个统一的框架内是看不到的。在这里，我们构建了一个热力学模型的B20 helimagnets纳入磁弹性泛函所需的高阶相互作用的群论。在该模型中，我们建立了计算温度-磁弹耦合场作用下螺旋磁体相图和平衡性质的方法。将该模型应用于体硅锰合金，计算了无应力条件下的温度-磁场相图以及单轴压缩时温度-磁场的变化。计算了所有弹性常数随磁场的变化。所得结果与相应的实验定量一致。该模型为进一步研究手征磁体中的磁弹性相关现象提供了可靠的理论基础。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelastic standing waves induced in UO$_{2}$ by microsecond magnetic field pulses
在压磁反铁磁体UO $_{2}$中的磁弹性测量是通过光纤布拉格光栅方法在由单匝线圈设置产生的高达$150\,\mathrm{T}$的磁场中进行的。我们表明，在短时间尺度，几微秒的顺序，脉冲磁场激发机械共振的温度范围从$10\,\mathrm{K}$到$300\,\mathrm{K}$，在顺磁性以及在强大的反铁磁状态的材料。这些共振在100 ms的观测中几乎没有衰减，这归因于UO $_{2}$中的强磁弹性耦合以及单晶样品的高结晶质量。他们比较以及与机械共振获得的共振超声技术和已知的非单调磁致伸缩背景上的speaking。当磁场克服压磁开关场$H_c \simeq -18\,\mathrm{T}$时，在反铁磁态下观察到$π$在晶格振荡中的明显相移。我们进一步提出了模拟和理论论据来解释所观察到的现象。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-Mechanical Inertia in Antiferromagnet
角动量守恒是自旋动力学和机械旋转相互作用的指导原则。然而，在磁化消失的反铁磁体中，需要新的基本规则来正确描述自旋力学现象。在这里，我们表明，Néel顺序动力学影响的刚体的机械运动，通过修改其惯性张量存在强磁晶各向异性。当考虑磁振子激发时，这种效应取决于温度。这种自旋-机械惯性可以在小尺度上产生可测量的结果。
2017-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Layer-dependent mechanical properties and enhanced plasticity in the van der Waals chromium trihalide magnets
磁性材料的力学性能对磁弹性理论的发展和磁应变调制器件的优化设计具有重要意义。特别是，二维（2D）磁体有望将这些概念扩展到低维物理和磁共振器件领域。然而，迄今为止还没有对三卤化铬的原型2D磁体家族的固有机械性能进行实验研究。在这里，我们报告的室温层依赖于原子薄的CrI3和CrCl3的机械性能，发现双层的CrI3和CrCl3的杨氏模量为62.1 GPa和43.4 GPa，最高持续应变为6.09%和6.49%，断裂强度分别为3.6 GPa和2.2 GPa。两种材料的弹性和强度都随着厚度的增加而降低，这归因于弱的层间相互作用，使得层间在低水平的施加载荷下滑动。在几层三卤化铬晶体中观察到的机械性能提供了这些材料具有出色塑性的证据，这在它们的大块对应物中得到了定性证明。本研究将有助于范德瓦耳斯磁性材料的各种应用，特别是在磁致伸缩和柔性器件中的应用。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Observation of Low Temperature Magneto-Mechanic Effects in Crystalline Resonant Phonon Cavities
我们观察到毫开尔文温度下超高品质因数晶体石英体声波谐振器中的磁效应。研究揭示了声共振频率的磁滞回线、跳变和记忆效应的存在。这些环路作为对外部磁场的响应而出现，并且对于线宽约为$25$ mHz的模式跨越几个赫兹范围，其构成60阶线宽的频移。这种效应是宽带的，但在非线性效应和损耗都受到两级系统限制的较高频率处变得更强。这表明所观察到的效应是由于耦合到机械模式的自旋系综的铁磁相。在超低损耗状态下观察到的机械和自旋自由度之间的耦合为新兴的量子混合系统带来了新的可能性。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det quant-ph
Two-dimensional magnetic nanoelectromechanical resonators
二维（2D）层状材料具有出色的机械，电子和光学性能，使其成为纳米机电应用的理想材料。最近发现的2D磁性材料的承诺，一类新的磁活性纳米机电系统（NEMS）。在这里，我们展示了由2D CrI3制成的谐振器，其机械谐振取决于材料的磁状态。我们通过测量平行和垂直于易磁化轴的磁场下共振频率的场依赖性，分别量化交换和各向异性磁致伸缩的底层效应。此外，我们表现出有效的应变调谐的磁性在2D CrI3作为结果的逆磁致伸缩效应使用NEMS平台。我们的研究结果为二维层状磁性材料的磁性和磁性相变的机械检测奠定了基础。新的磁性NEMS也可以在磁致动和传感中找到应用。
2020-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible magnetomechanical collapse: virtual touching and detachment of rigid inclusions in a soft elastic matrix
在软弹性基体中含有颗粒状刚性夹杂物的软弹性复合材料是开发软致动器或可调阻尼装置的候选材料。通过外部刺激将这种复合材料内的刚性夹杂物可逆地驱动到接近接触状态的可能性将提供重要的益处。然后，由于所得的机械硬化，可以实现机械性能的显著调整。长期以来，人们一直在争论是否可以在真实材料中观察到嵌入的磁性粒子的虚拟接触以及随后的分离，如果可以，这个过程是否可逆。在这里，我们提出的实验结果，证明了这种现象在现实中。我们的系统由两个顺磁性镍粒子嵌入在软弹性聚合物凝胶基质中的有限初始距离。在外部磁场中的磁化调节颗粒之间的磁吸引力并驱动该过程。我们通过不同的理论工具来量化这种情况，即，在线性弹性理论的框架内进行了明确的分析计算，投影到简化的偶极弹簧模型上，以及详细的有限元模拟。从这些不同的方法中，我们得出结论，在我们的情况下，由于顺磁性粒子之间的相互磁化，虚拟接触和分离的周期显示滞后行为。研究结果对可逆调谐机械阻尼器件的设计和制造具有重要意义。此外，我们在偶极弹簧模型上的投影允许我们的描述与各种相关系统的正式联系，例如，趋磁细菌中的磁小体细丝。
2018-10-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Dynamic magnetostriction for antiferromagnets
在本文中，我们研究的磁矩，与弹性介质相互作用的动力学的开关特性。为此，我们构建了一个哈密顿框架，它可以考虑在相空间的变量，描述的磁矩在一个一致的方式的动态。将磁矩描述为反对易变量的双线性是方便的，这些变量是它们自己的共轭。然而，我们展示了如何避免直接处理反对易变量本身，只使用它们来推导磁弹性耦合的非平凡约束。我们构建适当的泊松括号和几何积分方案，这是辛的扩展相空间，使我们能够研究的磁化的开关特性，这是相关的应用程序，反铁磁NiO的玩具模型的情况下，在外部应力。在没有磁弹性耦合的情况下，我们恢复了文献和我们以前的研究中报道的结果。在磁弹性耦合的存在下，机械系统的特征振荡对Néel序参量动力学有影响。这对于自旋积累来说尤其引人注目，因为与应变的耦合使自旋积累增加了一倍以上;在这里，机械振荡也反映在磁动力学上。由于这种应力引起的应变，磁化的切换时间稍快，磁化的幅度增强。
2019-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
