A Microscopic Model of Ferroelectricity in Stress-free PbTiO3 Ultrathin Films
利用第一性原理计算得到的微观有效哈密顿量研究了PbTiO 3薄膜的基态极化。在短路电边界条件下，厚度低至三个晶胞的（001）薄膜具有垂直极化的铁电基态，且表面极化显著增强。
2000-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Walker solution for Dzyaloshinskii domain wall in ultrathin ferromagnetic films
我们分析了在界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用以及面外和面内单轴各向异性存在的情况下，垂直磁化的铁磁薄膜中的电流和磁场驱动的畴壁运动.我们获得了由于自旋转移力矩和面外磁场而以恒定速度移动的一维畴壁形式的精确解析沃克型解。这些解决方案被嵌入到一个更大的家庭的传播解决方案的数值。在所考虑的模型中，我们发现畴壁速度对材料参数的依赖关系，并证明，增加面内各向异性可能会产生畴壁移动速度超过500米/秒，在现实的材料在中等的领域和电流。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in CoFeB ultrathin films using domain wall creep and Brillouin light spectroscopy
我们的特点是界面Dyzaloshinskiii-Moriya相互作用的强度在垂直磁化的CoFeB/MgO薄膜，生长在不同的底层的W，TaN，和Hf，使用两种实验方法。首先，我们确定了有效的磁场从测量的场驱动的畴壁运动的蠕变制度，其中所施加的面内磁场诱导的壁传播的各向异性，这是相关的磁感应强度。第二，布里渊光光谱被用来量化CoFeB层中自旋波的频率非互易性，这产生了对自旋波的独立测量。通过结合这些结果，我们表明，从不同的技术，估计的净收益率只产生定性的协议，这表明，开放的问题仍然是用于解释这些结果的基本模型。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Heisenberg Exchange and Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Ultrathin CoFeB Single and Multilayers
我们目前的分析结果的布里渊光散射（BLS）测量的自旋波上进行的单重和多重CoFeB层与相邻的重金属层。从自旋波色散关系的详细研究中，我们独立地提取海森堡交换相互作用（也称为对称交换相互作用），Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，也称为反对称交换相互作用）和各向异性场。我们发现在CoFeB薄膜中，靠近Pt层的部分有很大的介电常数，而靠近W层的部分几乎没有介电常数。此外，偶极相互作用的色散关系和海森堡交换参数的评估上的残余影响被证明。此外，还从实验上分析了自旋波寿命的变化。所有这些参数在设计skyrmionic或自旋轨道电子器件中起着至关重要的作用。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current driven asymmetric magnetization switching in perpendicularly magnetized CoFeB/MgO heterostructures
由于体效应和界面效应，面内电流通过双磁性异质结构可以引起磁化翻转或畴壁成核。在磁性层内，电流可以通过自旋转移力矩（STT）产生磁不稳定性。在界面处，由相邻层中的自旋霍尔效应产生的自旋电流可以对磁矩施加转矩，称为自旋霍尔转矩。在这里，我们研究了电流感应磁化翻转垂直磁化CoFeB/MgO异质结构与重金属（HM）底层。根据HM底层的厚度，我们发现在阈值开关电流的面内场依赖性的明显差异。STT很可能是负责较薄的底层膜的磁化反转，而自旋霍尔转矩导致较厚的底层膜的切换。对于后者，我们发现在开关电流的正，负电流和初始磁化方向的差异。我们发现，在薄膜沉积过程中的生长过程中引入了一个各向异性，打破了系统的对称性，并导致非对称开关。这种对称性破坏各向异性的存在使得能够在零外部场下实现确定性磁化切换。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Cryogenic-temperature Grain-to-grain Epitaxial Growth of High-quality Ultrathin CoFe Layer on MgO Tunnel Barrier for High-performance Magnetic Tunnel Junctions
本研究利用100 K低温溅射在300 mm晶圆上实现CoFe超薄层在MgO势垒上的晶粒间外延生长，获得低至0.008的磁阻尼和低于10^-6的写入错误率，为VC-MRAM等高性能自旋电子器件的大规模制造奠定基础。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetics of anti-skyrmions in ultrathin films
我们提出了一个相结合的分析和数值微磁学研究的平衡能量，大小和形状的反skyrmionic磁配置。当Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在两个正交的平面内方向上具有相反的符号时，反skyrmions可以稳定，从而打破磁性圆对称性。我们比较了在各向异性和各向同性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用下，当磁相互作用强度相同时，反Skyrmion和稳定的Skyrmion的平衡能量、大小和形状.当忽略偶极相互作用时，Skyrmion和反Skyrmion在各自的环境中具有相同的能量、形状和大小.然而，当考虑偶极相互作用时，反skyrmion的能量大大降低，其平衡尺寸相对于skyrmion增加。虽然skyrmion组态显示同手性Néel磁化旋转，但反skyrmion显示部分Néel和部分Bloch旋转。后者不产生磁荷，因此消耗较少的偶极能量。当磁能几乎相互抵消时，这两种磁结构都是稳定的，这意味着一个参数的微小变化可以急剧改变它们的结构，尺寸和能量。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Perpendicularly magnetized YIG films with small Gilbert damping constant and anomalous spin transport properties
具有垂直磁各向异性（PMA）的Y3 Fe 5 O 12（YIG）薄膜在自旋电子学领域的应用近年来引起了人们的广泛关注。本文报道了在（Gd2.6Ca0.4）（Ga4.1Mg0.25Zr0.65）O 12（SGGG）衬底上外延生长的YIG薄膜在未经预处理的情况下产生的PMA。倒易空间映射表明，薄膜晶格匹配的衬底没有应变弛豫。通过铁磁共振和极化中子反射测量，我们发现这些YIG薄膜具有超低的Gilbert阻尼常数，在YIG/SGGG界面处的磁死层厚度约为0.3nm。此外，与Pt/YIG/Gd 3Ga 5 O 12（GGG）薄膜相比，Pt/YIG/SGGG薄膜的输运行为显示出自旋混合电导的增强和反常霍尔效应的非单调磁场依赖性.在150 ~ 350 K的温度范围内提取了非单调的反常霍尔信号，这可能是由于单轴应变在Pt/YIG界面上产生的非共线磁序引起的.
2020-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Perpendicularly magnetized CoFeB multilayers with tunable interlayer exchange for synthetic ferrimagnets
本文研究了MgO/CoFeB（1.1nm）/Ta（$t$）/CoFeB（0.8nm）/MgO多层膜系统，其中两层CoFeB被不同厚度的Ta中间层$t$隔开。从互补技术，如超导量子干涉磁强计，铁磁共振频率测量和布里渊光散射光谱推导出的磁化特性可以通过改变Ta的厚度之间的$t$ =0.25 nm，0.5 nm和0.75 nm进行调谐。对于$t$ =0.5 nm，观察到铁磁耦合，而对于t=0.75 nm，实现了构建合成亚铁磁体所需的反铁磁耦合。在后一种情况下，两个亚铁磁排列之间或一个亚铁磁排列和一个亚铁磁排列之间的磁畴壁的形状是非常不同的。这种行为可以解释为偶极以及层间交换能和畴壁钉扎的变化的结果，这是实现基于合成铁磁体和反铁磁体的数据存储设备的重要结论。
2016-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Domain walls, canted states and stripe width variation in ultrathin magnetic films with perpendicular anisotropy
磁薄膜中的条纹宽度变化是一个众所周知的现象，但人们对这一现象的认识还不够深入。我们分析这个问题，考虑一个2D海森堡模型与铁磁交换相互作用，偶极相互作用和垂直各向异性，相关的，例如在Fe/Cu（001）薄膜。通过推广Yafet & Gyorgy（YG）的一个经典结果，利用蒙特卡罗模拟计算了该模型的完全零温相图。通过计算，我们分析了畴壁结构和条纹宽度变化之间的相关性，随着垂直各向异性的变化。特别是，我们发现的证据表明，最近检测到的倾斜状态成为基态的系统接近自旋重取向转变（SRT）的任何值的交换偶极耦合比。远离SRT的倾斜基态被饱和条纹态所取代，其中面内磁化分量仅存在于壁内。我们发现，畴壁结构强烈依赖于垂直各向异性：接近SRT，它是很好地描述了YG近似，但观察到一个强烈的偏离在大的各向异性限制。此外，我们表明，条纹宽度的变化是直接相关的畴壁宽度的变化与各向异性。
2009-07-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Current-driven skyrmion dynamics in disordered films
本文对无序非均匀磁化薄膜中磁skyrmions的电流驱动动力学进行了理论研究。模拟的无序作为一个粒状结构，其中的局部各向异性随机变化，从晶粒到晶粒。skyrmion速度计算不同的无序参数和合奏。对于由于面内电流和自旋霍尔效应引起的自旋扭矩，可以看到类似的行为，其中可以在低电流下识别钉扎机制，在较高电流下向无无序情况过渡，类似于无序膜中的畴壁运动。此外，还发现了与电流相关的Skyrmion霍尔效应和纤芯半径的涨落，这是由于与钉扎势的相互作用引起的。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall torque driven chiral domain walls in magnetic heterostructures
描述了自旋霍尔力矩驱动下双磁性异质结构中磁畴壁的运动。我们展示了垂直磁化CoFeB的结果|具有各种重金属底层的MgO异质结构。畴壁根据底层材料的不同沿电流流动方向或逆电流流动方向移动。畴壁移动的方向与在这些异质结构中形成的畴壁螺旋的手性相关联。一维模型被用来描述的实验结果和提取参数，如Dzyaloshinskiii-Moriya交换常数，这是负责的畴壁螺旋的形成。本文描述了在磁性异质结构中界面控制所引起的快速效应。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stripe width and non-local domain walls in the two-dimensional Dipolar Frustrated Ising Ferromagnet
我们描述了一种新型的磁畴壁，在对比布洛赫或尼尔壁，是非本地化的，在一定的温度范围内，非单调。该壁表现为长程偶极相互作用受挫的二维铁磁伊辛模型的平均场解。我们提供的实验证据，这种壁离域在垂直磁化的磁薄膜的条纹畴阶段。与实验结果一致，我们发现，条纹宽度随温度的升高而减小，并接近一个有限的值在居里温度以下的幂律。在平均场近似下，二维库仑阻挫伊辛铁磁体具有相同的壁和相似的条宽温度依赖性。
2008-02-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phase Transitions of Chiral Spin Textures via Dipolar Coupling in Multilayered Films with Interfacial DMI
在正确的条件下，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions）可以导致拓扑保护的自旋纹理，如skyrmions。自旋为基础的计算和存储器技术的应用是有前途的，需要详细考虑的作用的内在能量稳定的各种纹理观察到目前为止。在这里，我们的实验研究的偶极能量从层间耦合的rexonspin纹理发现在室温下的[ Pt \ Co \ Ir ] $_{\times N}$的界面多层膜的效果。通过增加层的重复次数N来修改总偶极能量，这导致不同相的手征磁织构。我们使用的相变，以估计的能量存在于dielectric薄膜D = 2.1 $\pm$ 0.1 mJ m $^{-2}$。与传统的垂直磁各向异性薄膜不同，这些多层膜具有有限的介电常数，表现出孤立的hedgehog skyrmion气泡以及具有摆线纯手性Néel壁的亚100 nm迷宫域，其依赖于介电常数以及总偶极能量。
2016-11-01 cond-mat.mtrl-sci
T=0 phase diagram and nature of domains in ultrathin ferromagnetic films with perpendicular anisotropy
本文给出了一个具有垂直各向异性薄膜模型的零温相图。在一阶各向异性近似下，研究了有关耦合常数的整个参数空间。由于基态是由布洛赫墙分隔的垂直条纹形成的，因此使用标准变分法，并辅以专门设计的蒙特卡罗模拟。根据条纹域的不同性质，我们可以区分四种机制：具有尖锐畴壁的高各向异性伊辛区、具有较厚壁的饱和条纹区（在该较厚壁内形成磁化的面内分量）、窄的倾斜状区，其特征在于面内和面外磁化分量的正弦变化，其在各向异性进一步减小时经由自旋重取向转变（SRT）导致面内铁磁状态。域和壁的性质进行了详细描述，连同域宽度与各向异性的变化，为任何值的交换和偶极相互作用。我们的研究结果，虽然严格有效的$T=0$，可以解释数据在有限温度下的域宽度的演变，一个仍然很大程度上开放的问题是有价值的。
2010-08-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multipolar interactions and complex phases in ferromagnetic ultrathin films
我们提出了一个模型来描述在介观尺度下观察到的复杂相的磁性薄膜。该模型是基于偶极以及四极磁矩之间的相互作用。在强垂直晶体各向异性的特殊情况下，我们表明，四极自由度与畴壁的取向是必不可少的，以正确地描述所观察到的畴形成的现象。预测了以畴壁（条纹状）的取向顺序为特征但没有平移顺序的取向相。在热力学极限下，这种各向同性-相变属于Kosterlitz-无相变类型。然而，我们发现，在实际的实验尺度下，序参量的波动是正则化的样本大小，和取向的长程序，预测的平均场，应该是可观察的。该过渡可以完全通过测量磁结构因子以及非线性面内磁化率来实验表征。
2010-05-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Measurement of magnetization using domain compressibility in CoFeB films with perpendicular anisotropy
我们提出了一种方法来映射的饱和磁化强度与垂直各向异性的软铁氧体薄膜，我们说明它来评估的CoFeB（1 nm）/MgO薄膜的磁化强度的成分依赖性。该方法依赖于定义线性域的平行畴壁的偶极排斥的测量。薄膜的磁化强度与畴的场压缩性有关。该方法还产生了两个壁之间的最小距离之前，他们的合并，这设置了一个实际的限制，在自旋电子器件中使用畴壁作为存储实体的存储密度。
2013-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface morphology on magnetization dynamics of cobalt ultrathin films
利用磁光克尔效应（MOKE）和四探针电阻率测量，对表面粗糙度为0.5 nm和1.6 nm的SiO2衬底上Co薄膜的生长进行了原位研究。原位测量联合建议沃尔默-韦伯生长过程，并通过在两个基板上的铁磁，超顺磁性和铁磁相的形成进行。岛被发现聚结在膜厚度为0.6 nm和1.5 nm的连续膜形成周围的膜厚度为1.5 nm和3.0 nm的光滑和粗糙的基板，分别。铁磁长程有序，即，在聚结阶段之后立即观察到在两种膜中出现磁滞回线。所观察到的方位角的依赖性bavity证实存在一个弱的单轴磁各向异性在这两种膜，而在单轴磁各向异性与基板粗糙度的差异被解释在畴壁钉扎和内部应力的膜的综合效应。的起源更高的UMA的情况下的Co膜沉积在类似的均方根粗糙度的波纹图案化的基板上的是由于修改后的长程偶极杂散场的表面上。
2023-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Spin Wave Eigenmodes of Dzyaloshinskii Domain Walls
本文提出了Dzyaloshinskii畴壁自旋波本征模的理论。这些壁是尼尔型畴壁，可以在存在相当大的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的情况下出现在非磁性铁磁体中。采用连续近似法计算了自旋波平行和垂直于畴壁传播的模式频率。与布洛赫型畴壁不同，Dzyaloshinskii畴壁的自旋波势不是无反射的，这导致自旋波与畴壁相互作用的散射截面是有限的.由Dzyaloshinskii相互作用产生的间隙出现，自旋波驱动的畴壁运动和周期性壁阵列所产生的能带结构的后果进行了讨论。
2015-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque induced wall motion in perpendicularly magnetized discs: ballistic versus oscillatory behavior
本文利用时间分辨测量和模型化方法研究了垂直各向异性磁体中磁畴壁的自旋力矩诱导运动。在直径在70和100 nm之间的盘中，壁在盘上漂移，由于壁在Walker区域中移动而产生明显的来回振荡。几个开关路径随机发生，并导致不同的开关持续时间。壁可以以弹道的方式穿过盘中心，或者在穿过之前和之后具有明显的振荡。如果垂直布洛赫线在壁内成核，则中心的交叉甚至可以发生多次。使用由壁位置$q$和其平面内磁化投影的倾斜$ϕ$参数化的集体坐标模型来分析壁运动。的动态结果从拉伸场，它描述了亲和力的壁，以减少其长度和壁刚度场描述的壁倾向，以减少偶极能量通过旋转其倾斜。壁振荡是由两个自由度$q$和$ϕ$之间的能量连续交换引起的。壁动力学的随机性可以从滞留池的概念来理解：滞留池是$q-ϕ$空间中的一个区域，在该区域中，壁暂时地束缚在圆盘中心。具有接近池塘的轨迹的壁必须绕过它，因此具有较长的传播时间。对于通常为40 nm的圆盘直径，保留池消失：然后，壁以弹道方式移动，而不管其倾斜的动力学。然后，传播时间对波动是鲁棒的，因此是可再现的。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
DMI meter: Measuring the Dzyaloshinskii-Moriya interaction inversion in Pt/Co/Ir/Pt multilayers
我们描述了一种基于场驱动畴壁蠕变的方法，用于定量分析垂直磁化薄膜中的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。仅使用磁场来驱动壁运动消除了与诸如自旋霍尔效应或Rashba场的电流相关效应混合的可能性，以及由光刻图案化引起的复杂性。我们证明了这种方法上溅射Pt/Co/Ir/Pt多层膜的可变Ir层厚度。通过在Co/Pt界面处插入Ir层，我们可以反转作用于夹层Co层的有效Ir层的符号，从而连续地将畴壁（DW）结构从右手Néel壁改变为左手Néel壁。我们还表明，与对称的外延Pt/Co/Pt多层膜相比，在薄膜界面处的原子结构的精确细节，显示出精湛的灵敏度。
2014-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast time-evolution of chiral Néel magnetic domain walls probed by circular dichroism in x-ray resonant magnetic scattering
铁磁薄膜中的非共线自旋织构正吸引着新的兴趣，这是由于几种磁相互作用的可能的精细工程，特别是界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。这允许稳定复杂的手性自旋织构，例如手性磁畴壁（DW）、自旋螺旋和磁性skyrmion。我们在这里报告的超快行为的手性DW光泵后，在垂直磁化的非对称多层膜，探测使用时间分辨圆二色性X射线共振磁散射（CD-XRMS）。我们观察到皮秒瞬态减少的CD-XRMS，这是由于自旋电流引起的相干和非相干扭矩内的连续依赖的自旋纹理的DW。我们认为，一个特定的退磁的DW的内部结构诱导热自旋流从内部相邻的磁畴。我们确定这种随时间变化的DW纹理的激光脉冲后不久的同手性N 'eel形状的失真朝着瞬态混合布洛赫-Néel-Bloch纹理沿横向DW的方向。我们的研究强调了时间分辨CD-XRMS如何成为一种独特的工具，用于研究其他系统中的时间演化，这些系统显示出非共线的电/磁有序，如skyrmion晶格，圆锥/螺旋相，以及最近观察到的金属或绝缘材料中的反skyrmion晶格。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Magnetic properties and field-driven dynamics of chiral domain walls in epitaxial Pt/Co/Au$_x$Pt$_{1-x}$ trilayers
垂直磁化层中的手征畴壁具有Néel结构，该结构通过在铁磁体和重金属之间的界面处产生的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction，简称Dzyaloshinski-Moriya interaction，简称Dzyaloshinski-Moriya interaction）来稳定。在铁磁膜的上方和下方需要不同的重金属，以产生所需的结构反转不对称性，以确保在两个界面处产生的非对称性不会抵消。在这里，我们报告的磁性外延Pt/Co/Au $_x$ Pt $_{1-x}$三层溅射蓝宝石衬底上生长0.6 nm厚的Co。作为$x$上升从0到1的结构反转不对称性产生。我们用X射线衍射和横截面透射电子显微镜表征了外延层结构，揭示了（111）堆叠。饱和磁化强度随着Pt中邻近磁化强度的降低而下降，而垂直磁各向异性$K_\mathrm{u}$上升。使用气泡膨胀技术测定微磁磁化强度$D$，并且也从$x=0$时的可忽略值上升到$x = 1$的$\sim 1$ mJ/mPDMATHABMT。场驱动的畴壁运动从蠕变到脱钉区的脱钉场从$\sim 40$上升到$\sim 70$ mT，这是由于随着Au浓度的增加，畴壁能量的空间波动更大。同时，Δ T的增加导致Walker场从$\sim 10$上升到$\sim 280$ mT，这意味着只有在$x …
2018-11-08 cond-mat.mtrl-sci
