Granular and Nano-Elasticity
颗粒或纳米尺度系统的弹性性质的建模需要重新审视弹性理论的基础，因为人们探索的尺度可能不再适用于该理论。弹性存在的唯一微观理由是（几乎）均匀应变的晶格。弹性的微观理论以及模拟表明，标准的连续弹性仅适用于足够大的尺度（通常为100个颗粒直径）。有趣的是，力链，这已被观察到在颗粒系统的实验中，并归因于非弹性效应，被证明存在于系统组成的谐波相互作用的成分。相应的应力场，这是一个连续的机械（平均）实体，即使在近微观分辨率没有表现出链结构，但它确实反映了宏观各向异性，当存在。
2002-01-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nanoscale magnetic field sensing with spin-Hall nano-oscillator devices
在这项工作中，我们开发了一种基于自旋霍尔纳米振荡器（SHNO）器件的纳米级磁场传感器。我们制作基于收缩的SHNO设备使用Ni $_{81}$ Fe $_{19}$ /Au $_{0.25}$ Pt $_{0.75}$双层膜，并使用它们来展示在样品平面中的400 Oe的偏置场下的千赫兹尺度频率的准直流传感。磁场感测基于SHNO振荡频率对外部磁场的线性依赖性。传感器的检测率低至0.21 $μ$ T/ $\sqrt{\mbox{Hz}}$在100 Hz，与0.32 $μ$ m $^2$的有效传感区域，使SHNO设备适合于扫描探针纳米级磁力测定。
2023-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inverse Spin Hall effect in ferromagnetic nanomagnet. Dependencies on magnetic field, current and current polarity
铁磁纳米磁体中测得的霍尔角显示出对外部磁场的实质性非线性依赖性，这不能通过所采用的普通和异常（AHE）霍尔效应的机制来解释，这意味着对外部磁场的线性加常数依赖性。我们认为，有一个额外的非线性贡献的逆自旋霍尔效应（ISHE）。ISHE在铁磁体中的重要贡献得到了实验与ISHE唯象理论的完全一致的支持。我们观察到AHE和ISHE对电流的不同依赖性，表明它们不同的热依赖性。我们还观察到霍尔角的电流极性的依赖性，这是由于自旋霍尔效应。
2020-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric Effects on Composite Nano Granular $Fe/TiO_{2-δ}$ Films
采用一种新的磁电响应函数测量技术，在低于50 K的温度下测量了纳米颗粒金属铁/纳米钛白复合膜的磁电效应。磁电电阻被定义为横向电压与偏置电流之比作为磁场的函数。与在50 K以上测得的反常霍尔电阻相反，在50 K以下的磁电电阻明显更大，并且相对于磁场反转$H\to -H$表现出均匀对称性。测量技术需要在膜复合物的平面中附接电极，以便测量作为偏置电流和外部磁场的函数的电压。据我们所知，该复合膜在低温（$<$ 50 K）下表现出磁电效应，在高温（$>$ 50 K）下表现出反常霍尔效应。
2007-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Quantized Anomalous Hall Insulator in a Nanopatterned Two-Dimensional Electron Gas
我们提出了一种量子反常霍尔绝缘体（QAHI）可以实现在纳米图案化的二维电子气（2DEG）与小的面内磁场和高的载流子密度。Berry曲率源于面内磁场和Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合，结合纳米蜂窝晶格势调制，导致拓扑非平凡的绝缘状态在2DEG没有朗道能级。在体绝缘间隙中，异常霍尔电导率被量子化为$-e^{2}/h$，对应于有限的陈数-1。在有限大小的二维电子气的每一个边上都存在一个无带隙的手征边态。
2011-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of the large positive magnetoresistance in Ge1-xMnx granular thin films
GeMn颗粒状薄膜由于具有很大的正磁电阻效应而在自旋电子学领域有着独特的应用前景。以前的研究表明，大的MR是有关的纳米调幅分解的GeMn富锰铁磁纳米粒子和锰贫顺磁矩阵。然而，其微观起源的MR尚未得到澄清。在这里，使用X射线磁性圆二色性（XMCD），这是非常敏感的每个原子的局部磁状态，我们调查的纳米粒子和矩阵GeMn分别的磁性。我们发现，MR比是成正比的产品的磁化源自纳米粒子和矩阵。这一结果表明，纳米颗粒中的自旋极化空穴渗透到基体中，并且这些空穴通过基体中的顺磁性Mn原子经历自旋无序磁散射，这诱导了大的MR。
2016-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication and Investigation of Nitrogen doped Ultra-Nano-Crystalline Diamond Hall-bar Devices
使用微波辅助等离子体化学气相沉积（CVD），将氮掺杂的超纳米晶体金刚石（N-UNCD）层沉积在非导电金刚石层的顶部上，所述非导电金刚石层本身位于硅晶片上。然后，使用光刻和干法蚀刻技术将该结构成形为各种尺寸的霍尔条器件。在不同温度下，使用无冷冻剂稀释制冷机的设备的电性能进行了研究。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
External-Field-Free Spin Hall Switching of Perpendicular Magnetic Nanopillar with a Dipole-Coupled Composite Structure
自旋霍尔效应（SHE）引起的垂直磁化反转由于其导致低功率存储器和逻辑器件的潜力而吸引了显著的兴趣。然而，开关需要辅助的面内磁场，这阻碍了其实际应用。在这里，我们介绍了一种新的方法，通过利用从相邻的面内磁性层产生的局部偶极场的垂直纳米磁体的外部场自由自旋霍尔开关。在没有任何外部磁场的情况下，实验证明了在偶极耦合复合堆叠中垂直CoFeB纳米柱的鲁棒开关，与微磁模拟的结果一致。在复合结构的纳米柱器件中获得了约135 Oe的面内补偿场和约45 Oe /107 Acm-2的面外环位移。通过进行微磁模拟，我们证实了复合无外场开关策略也可以适用于10 × 10 nm 2的圆柱。与其他提出的垂直磁化的无外场自旋霍尔开关方法相比，偶极耦合复合结构与广泛的自旋霍尔系统和垂直磁性隧道结兼容，为实际的基于SHE的MRAM和逻辑铺平了道路。应用。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing magnetic properties at the nanoscale: In-situ Hall measurements in a TEM
我们报告先进的原位磁输运测量的透射电子显微镜。该方法允许同时磁成像和高分辨率的结构和化学表征相同的样品。证明的原则，在原位霍尔测量，大概要求不高的镍薄膜支持微磁模拟显示，在样品中与非平凡的结构和/或组合物，详细的知识，后者是必不可少的一个彻底的理解和可靠的解释的磁输运数据。因此，建议在原位的方法，预计将有助于更好地了解霍尔签名在更复杂的磁性纹理。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Evolution of the spin Hall effect in Pt nanowires: Size and temperature effects
我们研究了自旋霍尔效应在自旋积累的材料尺寸小于或大于自旋扩散长度的情况下的演化。利用横向自旋阀结构测量了Pt的自旋吸收效率和自旋霍尔效应引起的Pt自旋积累。在恒定的外加电流下，结果表明随着Pt厚度超过自旋扩散长度，自旋累积信号的降低更加明显。这意味着自旋累积源于Pt线内部的体散射，并且自旋扩散长度限制了SHE。我们还分析了自旋霍尔电导率的温度变化，以确定占主导地位的散射机制。
2007-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Compositional effect on auto-oscillation behavior of Ni100-xFex/Pt spin Hall nano-oscillators
我们展示了Ni 100-xFex/Pt（x= 10 ~ 40）纳米收缩自旋霍尔纳米振荡器的磁动力学和自振荡特性的成分效应。使用自旋扭矩铁磁共振（ST-FMR）进行微带，我们测量的阻尼和自旋霍尔效率的显着减少与Fe含量的增加，从而降低了自旋泵的贡献。对自旋霍尔效率的强成分效应主要归因于富Fe器件中饱和磁化强度的增加。作为一个直接的结果，需要更高的电流密度来驱动自旋波自动振荡在更高的微波频率在富铁纳米收缩装置。我们的研究结果建立了关键的作用，在工程的自旋霍尔器件的微波和磁振子应用的磁动力学和自振荡特性的成分效应。
2020-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Terahertz Antiferromagnetic Spin Hall Nano-Oscillator
我们考虑了自旋霍尔几何中绝缘反铁磁体的电流诱导动力学。足够大的垂直于Néel阶的面内电流会触发声学和光学本征模之间频率的自发振荡。驱动电流的方向决定了激励的手性。当电流超过阈值时，自旋泵浦和电流引起的转矩的组合效应引入动态反馈，该动态反馈维持具有经由所施加的电流可控的幅度的稳态振荡。对于不同的反馈强度，交流电压输出作为直流电流输入的函数进行数值计算。我们的发现为太赫兹反铁磁自旋力矩振荡器开辟了一条道路。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale imaging of equilibrium quantum Hall edge currents and of the magnetic monopole response in graphene
最近预测的拓扑磁电效应和响应的电荷，模仿一个诱导的镜像磁共振是基本属性的拓扑状态的时间反转对称性破缺的物质。使用SQUID尖端，同时作为一个可调的扫描电荷和超灵敏的纳米级磁强计，我们诱导和直接成像的微观电流产生的磁共振响应在石墨烯量子霍尔电子系统。我们发现了一个丰富而复杂的非线性行为所支配的共存的拓扑和非拓扑平衡电流，是没有捕捉到的duplex模型。此外，通过利用音叉，诱导纳米级振动的SQUID的尖端，我们直接图像的单个量子霍尔边缘状态的平衡电流的第一次。我们发现，边缘状态，通常被假定为只携带一个手性下游电流，实际上携带一对反向传播的电流，在不可压缩区域中的拓扑下游电流总是由迄今为止未观察到的非拓扑上游电流在相邻的可压缩区域流动抵消。对向传播的平衡态轨道电流的复杂模式为量子霍尔系统中拓扑和非拓扑电荷和能量流的微观起源提供了新的见解。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
On the Dynamical Ferromagnetic, Quantum Hall, and Relativistic Effects on the Carbon Nanotubes Nucleation and Growth Mechanism
碳纳米管（CNT）的成核和生长机制一直是一个谜超过15年。先前的模型试图扩展旧的经典传输机制。在2000年7月，一个更详细和准确的非经典，相对论性机制，制定了详细的动力学考虑电子的自旋和轨道之间的再杂化碳和催化剂通过新的介观现象和量子动力学。铁磁性碳被证明。在这里，量子（霍尔）效应和强烈的多体自旋轨道相互作用的相对论效应的新的轨道再杂化动力学（小效应）提出了在这个新的动力学磁机制。通过在CNT合成期间施加动态和静态磁场并观察这些外部磁环境对催化自旋电流和自旋波以及所得CNT形成的不同影响来证明这种动态铁磁机制。
2007-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectral Characteristics of the Microwave Emission by the Spin Hall Nano-Oscillator
我们利用微波光谱学研究了由纯自旋电流在坡莫合金膜中局部诱导的磁化振荡，所述纯自旋电流是由于相邻Pt层中的自旋霍尔效应而产生的。振荡频率低于坡莫合金的铁磁共振，表明该振荡形成自局域非传播自旋波孤子。在低温下，光谱特性与传统的自旋极化电流驱动的自旋力矩纳米振荡器非常相似。然而，振荡的线宽随温度呈指数增加，并且在铁磁共振以下的光谱中出现额外的峰，这表明光谱特性是由两个局域动力学状态之间的相互作用决定的。
2015-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mutual synchronization in spin torque and spin Hall nano-oscillators
本综述梳理了互同步STNO与SHNO阵列的研究进展，介绍了相关物理机制、耦合理论、实验成果及扩容方法，并展望了其在微波器件、神经形态计算等领域的应用前景与配套电路设计。
2024-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Hall effect and Berry phase in magnetic nanostructures
本文讨论了二维电子气在空间变化磁化强度作用下的反常霍尔效应。这种拓扑霍尔效应（THE）不需要任何自旋-轨道耦合，并且仅由在平滑变化的磁化中移动的电子获得的Berry相位引起。我们提出了一个实验与结构包含2D电子或稀磁半导体受杂散磁场的晶格的磁性纳米柱的空穴。为这样一个系统（其所有相关参数是众所周知的）预测的惊人行为允许明确观察THE并将其与其他机制区分开来。
2003-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic oscillations driven by the spin Hall effect in 3-terminal magnetic tunnel junction devices
我们发现，钽微带中的直流电流可以通过自旋霍尔效应（SHE）的自旋力矩在相邻的纳米磁体中诱导稳态磁振荡。通过接触纳米磁体的磁性隧道结（MTJ）电检测振荡。可以使用MTJ偏置来控制振荡频率以调谐磁各向异性。因此，在该3端器件中，SHE扭矩和MTJ偏置提供了对振荡幅度和频率的独立控制，从而实现了用于开发可调谐自旋扭矩纳米振荡器的新方法。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bending Strain Engineering of Spin Transport in Quantum Spin Hall Systems: Topological Nano-mechanospintronics
量子自旋霍尔（QSH）系统可以通过拓扑边态的介导表现出奇异的自旋输运现象。在这里，一个新的概念弯曲应变工程调谐自旋输运性质的QSH系统的模型和第一性原理计算证明。有趣的是，我们发现弯曲应变可以用来减轻自旋守恒的QSH系统产生非零的自旋电流（SC），同时保留时间反演对称性，使其边缘状态的拓扑保护，以传输强大的SC没有背散射。这一新的物理机制可以用来有效地调谐SC和自旋霍尔电流在QSH系统通过控制其弯曲曲率。此外，通过“拓扑纳米机械结构”的概念，可以实现曲率可控的QSH系统。以Bi/Cl/Si（111）薄膜为例，我们证明了Bi/Cl/Si（111）薄膜的两个边缘态之间的相对自旋取向确实可以通过预先设计的固有应变引起的自弯曲行为来显著调节。因此，这种概念的“弯曲应变工程的自旋”通过拓扑纳米机械架构提供了一个有前途的路线走向实现拓扑纳米机械自旋电子学。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-shaped nanostructures for the study of spin to charge interconversions using spin-orbit coupling in non-magnetic materials
几种自旋-轨道效应允许执行自旋到电荷的相互转换：自旋霍尔效应、拉什巴效应或拓扑绝缘体中的自旋-动量锁定。在这里，我们专注于如何使用三种不同的十字形纳米结构来检测这种相互转换。我们将这些测量配置应用于Pt中的自旋霍尔效应的情况，使用CoFe电极来检测和注入自旋。直接和逆自旋霍尔效应都可以被检测到，自旋霍尔信号比金属横向自旋阀中的非局域测量高两个数量级，并且具有简单得多的制造协议。我们比较各自的信号幅度的三个建议的几何形状。最后，比较所观察到的自旋信号与有限元方法计算允许提取自旋霍尔角和自旋扩散长度的Pt。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall Nano-Oscillator Empirical Electrical Model for Optimal On-chip Detector Design
针对SHNO片上集成应用的电路设计需求，本研究基于单器件输出阻抗及2-10 GHz多偏置电流下输出功率的全面表征，提出SHNO经验电学模型，支撑片上探测器优化设计。
2024-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetoresistance control in granular Zn/1-x-y/Cd/x/Mn/y/GeAs/2/ nanocomposite ferromagnetic semiconductors
研究了Zn/1-x-y/Cd/x/Mn/y/GeAs/2/纳米复合铁磁半导体材料的结构、磁性和电学性质。MnAs团簇的存在诱导所研究的合金的室温铁磁性，居里温度，TC，约305 K。黄铜矿基质的化学组成控制了团簇的几何参数，从而在晶体中产生不同的磁电阻效应。合金中铁磁团簇的存在引起了不同大小的负或正磁电阻。Cd含量允许我们的样品中的磁阻符号从负（x = 0.85）到正（x = 0.12）的变化。在温度T < 25 K时观察到x = 0.85的样品中存在的负磁阻，在T = 1.4 K和B = 13 T时最大值约为-32%，强烈依赖于Mn含量y。在x = 0.12的样品中观察到的正磁阻在B =13 T和T = 4.3 K时最大值不超过50%，随Mn含量y而变化。
2015-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Fe-Sn nanocrystalline films for flexible magnetic sensors with high thermal stability
Fe 3Sn 2晶体中Fe kagome晶格上的磁性和自旋轨道耦合的相互作用产生了独特的能带结构，导致比常规铁磁金属大一个数量级的反常霍尔效应。在这项工作中，我们证明了Fe-Sn纳米晶薄膜也表现出大的反常霍尔效应，适用于满足高灵敏度和热稳定性的磁传感器。在室温下通过共溅射技术制备的薄膜中，晶格有序的部分发展出现为Fe-Sn kagome层的纳米晶体。切线霍尔角，霍尔电阻率与纵向电阻率的比率，在接近Fe 3Sn 2的最佳合金组合物中大大增强，即使膜由非晶和非晶状畴组成，也例证了可果美起源。这些铁磁Fe-Sn薄膜具有很大的优势，作为霍尔传感器的热稳定性比半导体，由于弱的温度依赖性的异常霍尔响应。此外，室温制造使我们能够在有机衬底上开发机械柔性霍尔传感器。这些演示表明了可果美金属作为设计新功能设备的未开发资源的潜力。
2019-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Hall nano-oscillator with oblique magnetization and Dzyaloshinskii-Moriya interaction as generator of skyrmions and nonreciprocal spin-waves
自旋霍尔振荡器是用于磁振子应用的有希望的自旋波信号源，并且可以用作超低功耗计算设备中的磁振子逻辑的构建块。在这里，我们分析和微磁学研究磁化动力学的自旋霍尔振荡器与倾斜磁化时，自旋霍尔效应和界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用同时作用。我们的主要结果是：（一）激发的非互易自旋波传播垂直于平面内的静态磁化投影，（二）Skyrmion产生纯自旋电流，（三）激发一个新的自旋波模式与螺旋空间轮廓起源于一个动态Skyrmion的gyrotropic旋转。这些结果表明，自旋霍尔振荡器可用作磁数据存储和信号处理应用中磁skyrmions和不同类型传播自旋波的发生器。
2016-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic switching in granular FePt layers promoted by near-field laser enhancement
鉴于在下一代高密度磁纪录中的潜在应用，磁性材料中纳米尺度下的光-物质相互作用是一个热门的研究课题。激光辅助开关提供了一种克服高各向异性和高堆积密度介质的材料限制的途径，尽管关于开关过程的动力学仍然没有被探索。我们使用超快小角度X射线散射在X射线自由电子激光探测嵌入在碳基体的FePt纳米颗粒的磁开关动力学的光飞秒激光脉冲激发。我们观察到，激光激发和施加的静态磁场，一个数量级小于矫顽场的组合，可以克服“向上”和“向下”磁化之间的磁各向异性障碍，使磁化切换。这种磁开关被发现是不均匀的整个材料，与一些个别的FePt纳米粒子既不开关也不退磁。这种行为的起源被确定为近场修改周围的FePt纳米粒子的入射激光辐射。非开关纳米粒子的分数的影响，由FePt和散热层之间的热流。
2017-01-05 cond-mat.mtrl-sci
On the anomalous low-resistance state and exceptional Hall component in hard-magnetic Weyl nanoflakes
磁性拓扑材料结合了磁性和拓扑学，有望承载新兴的拓扑态和奇异的量子现象。在这项研究中，借助磁性Weyl半金属Co3Sn2S2的高质量纳米片中大大增强的矫顽场，我们研究了在大块Co3Sn2S2或其他磁性材料中难以揭示的异常电子输运性质。当磁化与所施加的磁场反平行时，发生低纵向电阻状态，这与平行情况下的高电阻状态形成鲜明对比。同时，一个特殊的霍尔组件，可以高达三倍大于传统的异常霍尔电阻率也观察到横向传输。通过考虑非线性磁纹理和与外尔费米子相关的手征磁场，扩展了纵向和横向输运物理学，并为新兴拓扑磁体的自旋电子应用提供了新的自由度，可以进一步理解这些异常输运行为。
2021-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic field induced polarization effects in intrinsically granular superconductors
基于先前提出的纳米位错诱导约瑟夫森结及其阵列模型，我们研究了本征颗粒超导体中磁场诱导的电极化的强度效应。除了一种新的化学磁电现象，该模型还预测了一些其他有趣的效果，包括迈斯纳顺磁性（在低场）和“鱼尾”异常（在高场）的电荷类似物。讨论了在非化学计量比高温超导体中实验测量这些效应的条件。
2005-07-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Bipolar spin Hall nano-oscillators
我们展示了一种新型的自旋霍尔纳米振荡器（SHNO），允许有效的调整在千兆赫兹频率的扩展范围内的磁自动振荡，使用双极直流恒定磁场。这是通过堆叠两个不同的铁磁层与铂夹层来实现的。在该器件中，在铂层的顶部和底部界面处积累的自旋极化电子的取向在改变直流电的极性时被切换。因此，驱动大振幅自振荡所需的有效抗阻尼可以出现在顶部或底部磁性层处。通过将两种具有充分不同饱和磁化强度的材料组合起来，可以将自振荡频率调谐几GHz。在这里，我们表明，NiFe和CoFeB的组合可以导致3 GHz的自振荡频率的偏移。双极SHNO本身可以为神经形态计算应用带来增强的同步能力。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
