Formation of Random Dark Envelope Solitons from Incoherent Waves
本文报道了一种新型孤子：随机时间暗孤子的实验结果。在具有排斥性瞬时非线性的铁磁薄膜带中激发非相干大振幅自旋波包。然后观察到暗孤子从这个波包的随机形成。孤子在时间和相对于整个波包的位置上随机出现。它们可以是灰色或黑色。对于宽的和/或很强的自旋波包，我们也观察到多个暗孤子。尽管初始波包和随机形成过程的随机性，孤子显示出传统的相干暗孤子的签名。
2009-12-09 cond-mat.mes-hall nlin.PS
Formation of Bright Solitons from Wave Packets with Repulsive Nonlinearity
首次观察到具有排斥非线性效应的波包形成亮包络孤子。实验采用磁性钇铁石榴石（YIG）薄膜带的表面自旋波包。当波包较窄且具有低功率时，它们在传播期间经历自加宽。当波包较宽或功率较高时，它们会发生自缩窄，甚至演化为亮孤子。基于修正的非线性薛定谔方程模型，数值模拟再现了实验结果.
2015-05-07 cond-mat.mes-hall nlin.PS
Generation and stability of dynamical skyrmions and droplet solitons
磁膜纳米接触中的自旋极化电流可以通过补偿磁阻尼来产生集体磁振荡。特别是，在具有单轴磁各向异性的材料中，已经观察到液滴孤子由在纳米接触区域中相干进动的部分反转磁化组成的自定位激发。也可以产生拓扑液滴孤子，称为\emph{dynamical skyrmions}。在这里，我们研究的条件，促进液滴或动态skyrmion形成和描述其稳定性的磁性薄膜没有Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。我们表明，从所施加的电流以及初始磁化状态的奥斯特场可以确定是否液滴或动态skyrmion形式。动力学skyrmions被发现比液滴更稳定。我们还讨论了可以用来区分这些磁性物体的电特性。
2018-03-05 cond-mat.mes-hall
Magnetoelectric antiferromagnets as platforms for the manipulation of solitons
我们研究了磁电反铁磁薄膜的磁动力学，其中非常规边界铁磁性与体Néel相共存低于Néel温度。两个序参量之间的自旋交换产生了一个有效的低能理论，它在形式上等价于亚铁磁体的理论。畴壁和skyrmions的动力学分析内的集体变量的方法，从中我们得出结论，他们表现为大量的粒子在粘性介质中移动受到的gyrotropic力。我们发现，薄膜厚度可以作为这些孤子的运动的控制参数。在这方面，它示出，外部磁场可以驱动畴壁的动态，其终极速度是可调的样品厚度。此外，分类的skyrmion动力学是敏感的样品厚度的空间调制，这可以很容易地工程与本（薄膜）沉积技术。电流驱动的自旋转移可以触发Skyrmions的漂移轨道，这可以用作这些磁性纹理的赛道。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall
Controlling Ferromagnetic Ground States and Solitons in Thin Films and Nanowires built from Iron Phthalocyanine Chains
酞菁铁（FePc）是一种分子半导体，其结构单元是一维铁磁链。我们表明，它的光学和磁性的生长策略，获得超过1 T的极高的折射率和调制之间的交换常数15和29 K，通过调整晶体相切换从有机分子束沉积，生产连续的薄膜的纳米晶体与控制的取向，有机气相沉积，生产超长纳米线。磁化测量分析使用一套概念和简单的公式具有广泛的适用性，所有一维铁磁链。他们表明，FePc是最好的描述海森堡模型与偏好的时刻位于分子平面，其中链哈密顿量是非常相似的经典无机磁铁CsNiF 3，但铁磁，而不是反铁磁链间相互作用。孤立子图像很好地描述了大磁场中的数据，其中主导（且拓扑非平凡）自由度是移动的一维磁畴壁，这对于CsNiF 3是成功的，而在低温和低温下，则通过超居里-外斯定律1/（T^2+theta^2）描述了近一维xy和海森堡铁磁体的特征。控制FePc系统的分子取向和铁磁性的能力，并将它们作为薄膜或纳米线在柔性衬底上产生，连同先前报道的铜和钴类似物的纳米线的优异晶体管特性，使它们潜在地可用于磁光和自旋电子器件。
2019-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Complex Solitary Wave Dynamics, Pattern Formation, and Chaos in the Gain-Loss Nonlinear Schrödinger Equation
一个增益-损耗非线性薛定谔方程的数值探索进行了利用超过180000核心小时，进行超过10000独特的模拟，努力表征模型的六维参数空间。该研究处理的问题，在充分的一般性，跨越至少八个数量级的三个线性和非线性增益项和五个数量级的高阶非线性。增益-损耗非线性薛定谔方程是磁薄膜主动反馈环和类似驱动阻尼非线性物理系统中自旋波包络的一个有趣的模型。明亮的孤子列车自发驱动的平衡和行为稳定的数万个往返时间进行了数值鉴定。九个不同的复杂的动力学行为与生命周期的顺序ms被隔离的一部分，六个确定的解决方案类。数值计算的动力学行为包括：（1）亮孤子串的低维混沌调制;（2）空间对称/非对称孤波峰的相互作用;（3）动力学斑图形成和重现;（4）稳态解;（5）非线性。模拟混沌调制亮孤子列车定性匹配以前的实验观察。十个新的动力学行为，八个展示长寿命，预计将在未来的实验中观察到。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall nlin.PS
Nonlinear magnetoelastic wave dynamics and field tunable soliton excitations in hexagonal multiferroic media
Dibrugarh University（迪布鲁加尔大学）；CSIR-North East Institute of Science and Technology（印度科学工业研究理事会东北科学技术研究所）
研究六方多铁性介质中非线性磁弹性波动力学及电场调控的孤子激发机制。
2026-03-06 cond-mat.mes-hall nlin.PS
Attraction, Merger, Reflection, and Annihilation in Magnetic Droplet Soliton Scattering
孤子的相互作用行为是这些非线性相干结构的定义特征。由于最近的实验观察，薄铁磁薄膜提供了一个很有前途的介质中，研究二维磁液滴孤子的散射特性，颗粒状，进动偶极子。在这里，一组丰富的两个液滴相互作用的行为进行了分类，通过微磁模拟。排斥和吸引相互作用动力学一般由两个液滴的相对相位和速度决定，并且可以分为四种类型：（1）合并为呼吸束缚态，（2）沿对称轴捕获的反向传播，（3）反射，以及（4）猛烈的液滴湮灭为自旋波辐射和呼吸。利用图像的非线性方法，它表明，这些动力学描述排斥/吸引力散射的单个液滴的磁性边界与钉扎/自由自旋边界条件，分别。这些结果解释了传播和静止的液滴可以稳定在一个封闭的铁磁体的机制。
2014-04-25 cond-mat.mes-hall nlin.PS
Nonlinear suppression of dispersion broadening of ultrashort spin-wave pulses in thin YIG films
Institute of Applied Physics, University of Muenster（明斯特大学应用物理研究所）；Institute of Physics, Center for Nanotechnology and Center for Soft Nanoscience, University of Muenster（明斯特大学物理学院、纳米技术中心和软纳米科学中心）；Kirchhoff-Institute for Physics, Heidelberg University（海德堡大学基尔霍夫物理研究所）
研究了纳米厚YIG薄膜中正体积自旋波短脉冲的非线性传播，显示非线性可有效抑制脉冲色散展宽，形成包络孤子。实验表明微功率即可达到孤子形成阈值，实现超短自旋波脉冲在50微米距离内无时间展宽传输。
2026-03-23 cond-mat.mes-hall
Stable Magnetic Droplet Solitons in Spin Transfer Nanocontacts
具有垂直磁各向异性（PMA）的磁性薄膜具有对应于反向动态旋进磁矩的局部激发，称为磁滴孤子。基本上，这些激发与基本自旋激发之间的吸引相互作用相关联（即，磁振子），并预测在没有阻尼的情况下发生在PMA材料中[1，2]。虽然存在于所有磁性材料中的阻尼抑制了这些激励，但现在可以通过纳米级接触铁磁薄膜中的电流流动通过自旋转移扭矩来补偿阻尼[3，4]。一种理论预测了在纳米接触中的阈值电流下出现磁液滴孤子[5]，最近，已经报道了液滴成核的实验特征[6]。然而，到目前为止，已经观察到它们是几乎可逆的激发，仅具有部分反转的磁化，并且经受导致它们漂移远离纳米接触的不稳定性（即，漂移不稳定性）[6]。在这里，我们表明，磁液滴孤子可以稳定的自旋转移纳米接触。此外，它们表现出对场和电流的强滞后响应以及接触中几乎完全反转的磁化。这些观测结果，除了他们的基本利益，开辟了新的应用磁液滴孤子作为多态高频电流和场可调谐振荡器。
2014-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of temperature on spin-transfer torque induced magnetic solitons
纳米接触中的自旋转移扭矩到扩展的磁性膜可以产生自旋波，自旋波凝聚形成耗散液滴孤子。在这里，我们报告的温度依赖性的电流和施加的场阈值液滴孤子形成，以及与液滴动力学的纳米接触的电气特性的实验研究。液滴孤子的成核需要较高的电流密度在较高的温度下，在典型的自旋转移力矩引起的静态磁状态之间的切换。磁电阻和电噪声的测量表明，孤子的不稳定性变得更加明显，随着温度的升高。这些结果对于理解热噪声对液滴孤子的影响以及控制其动力学具有重要意义。
2016-10-04 cond-mat.mes-hall
Magnetic droplet solitons generated by pure spin currents
磁液滴是通过局部抑制垂直各向异性磁性薄膜中的动力学阻尼而产生的动力学孤子。迄今为止，液滴只在由自旋极化电流操作的纳米接触自旋扭矩振荡器中观察到。在这里，我们的实验表明，磁液滴可以成核和持续的纯自旋电流在nanoconstriction为基础的自旋霍尔器件。微磁模拟支持我们对数据的解释，并表明，除了静止的液滴，传播孤子也可以在所研究的系统中产生，这可以用于自旋电子学应用中的信息传输。
2017-10-12 cond-mat.mes-hall
Confinement-Induced Metastability and Structural Diversity of Hopfions in Chiral Magnetic Films
Hiroshima University（广岛大学）；International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter（螺旋手性超材料可持续发展国际研究所）
研究揭示了chiral磁性薄膜中hopfion的亚稳态与结构多样性，通过三维模拟发现四种孤立hopfion类型，并展示其在受限条件下的稳定性与相变行为。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conserved momenta of a ferromagnetic soliton
铁磁体中孤立子的线动量和角动量通常是由诺特定理导出的。我们表明，这些数量表现出非物理行为：它们依赖于选择的规范位在自旋拉格朗日，可以任意。为了解决这个问题，我们利用铁磁孤子和带电粒子在磁场中的动力学之间的相似性。对于后者，正则动量也依赖于规范，因此是非物理的;物理动量是磁平移的生成器，一种结合物理平移和规范变换的对称性。我们用这个类比来明确定义铁磁孤子的守恒动量。一般的考虑是说明在一个简单的模型的磁畴壁的铁磁链和一个薄膜中的涡旋。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall
Confined dissipative droplet solitons in spin-valve nanowires with perpendicular magnetic anisotropy
磁耗散液滴是在具有垂直磁各向异性的纳米接触自旋阀中激发的局域化的强非线性动力学模式。这些模式在磁存储和计算的纳米结构中找到了潜在的应用，但耗散液滴的研究迄今为止仅限于扩展的薄膜。在这里，数值分析和渐近分析被用来证明在受限结构中的新孤子的存在和性质。随着纳米线的宽度随着其中心处的固定尺寸的纳米接触而减小，所观察到的模式经历从完全局部化的二维液滴到二维液滴边缘模式的转变，然后是脉动的一维液滴。这些孤子被解释为经典的，保守的孤子的耗散版本，允许的模式和分岔机制的分析描述。所提出的结果开辟了新的可能性，低维孤子的研究和纳米结构中的液滴应用。
2013-08-22 cond-mat.mes-hall
Ultrafast formation of a large dynamic magnetic soliton
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；CEITEC BUT, Brno University of Technology（布鲁诺理工大学CEITEC中心）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；Laboratory for Mesoscopic Systems, Department of Materials, ETH, Zürich（苏黎世联邦理工学院材料系介观系统实验室）；Faculty of Physics, University of Vienna（维也纳大学物理学院）；V. G. Baryakhtar Institute of Magnetism of the NAS of Ukraine（乌克兰国家科学院V.G.巴里亚赫塔尔磁学研究所）；Fachbereich Physik and Landesforschungszentrum OPTIMAS, Technische Universität Kaiserslautern（凯泽斯劳滕理工大学物理系及OPTIMAS州研究中心）；Helmholtz-Zentrum-Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源中心）
本文利用微波磁场在垂直磁各向异性铁磁石榴石薄膜中驱动形成大动态磁孤子，通过时间分辨布里渊光散射和扫描透射X射线显微镜揭示其形成机制，该孤子在线性自旋波频带内形成且尺寸达数十微米，通过正非线性频移的自限制机制和天线近场空间范围解释其形成。
2026-05-30 cond-mat.mes-hall
Magnetic Droplet Solitons
磁液滴孤子是在具有垂直磁各向异性的薄膜中自旋波相互吸引作用而形成的动态磁织构。自旋电流和与这些电流相关联的自旋力矩使得它们能够形成，因为它们提供了激发非平衡自旋波布居并补偿其衰减的手段。近年来，实现和研究磁性液滴的实验取得了迅速进展。重要的进展包括液滴的第一个直接x射线图像，确定其阈值和维持电流，测量其产生和湮灭时间以及漂移不稳定性的证据，这可能限制它们在自旋转移纳米接触中的寿命。本文回顾了这些研究，并将这些孤子与其他类型的自旋电流激发（如自旋波子弹）和静态磁纹理（包括磁涡旋和skyrmions）进行了对比。磁液滴孤子也可以作为电流控制的微波频率振荡器，在神经形态芯片中作为具有记忆功能的非线性振荡器具有潜在的应用前景。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall
Parametric Auto-Excitation of Magnetic Droplet Soliton Perimeter Modes
最近在具有强垂直各向异性的电流驱动纳米接触中进行的实验表明，自旋转移力矩可以驱动自局域自旋波[1，2]，高于一定阈值强度的自旋波可以凝聚成高度非线性的磁动力学和纳米尺寸的状态，称为磁滴孤子[3]。在这里，我们证明了分析，数值和实验，在足够大的驱动电流，并为自旋极化是倾斜远离膜正常的，圆形液滴孤子可以成为不稳定的周期性激发其周边。我们还表明，这些周边激发模式（PEM）参数激发时，基本液滴孤子进动频率接近两倍的一个或多个PEM的频率。因此，对于增加的施加场，可以激发逐渐更高的PEM。与实验的定量一致性证实了这一观点。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall
Magnetic droplet solitons
本文综述了磁液滴孤子的理论、实验表征及微磁模拟，并展望了相关新研究方向。
2024-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chaotic dynamics in a macrospin spin-torque nano-oscillator with delayed feedback
对自旋力矩纳米振荡器中的延迟反馈进行了理论研究。被认为是一个macrospin几何形状，自我维持的振荡是可能的自旋转移转矩与自旋电流垂直流动的膜平面。通过调整自注入信号的延迟和放大，我们确定在这个系统中的动力学制度，如混沌，复杂的瞬态进动模式之间的切换，和振荡器死亡。这种延迟反馈方案为这种振荡器开辟了一个新的探索领域，其中复杂的瞬态可能在信息处理中找到重要的应用。
2019-03-11 cond-mat.mes-hall nlin.CD
Resonant dynamics of skyrmion lattices in thin film multilayers: Localised modes and spin wave emission
磁skyrmions在微波场激发下的光谱特征是一个基本的兴趣，可以是一个资产的高频应用。这些拓扑孤子可以在多层薄膜中定制，但它们的自旋波动力学的实验观察仍然是难以捉摸的，特别是由于大阻尼。在这里，我们研究Pt/FeCoB/AlO $_x$多层膜托管密集和强大的skyrmion晶格在室温下与吉尔伯特阻尼$\sim 0.02$。我们使用磁力显微镜来观察它们的静态磁相，并使用宽带铁磁共振来探测它们的高频响应。微磁模拟再现实验的准确性，并使我们能够识别不同的共振模式中检测到的skyrmion晶格相。低频（$<$ 2 GHz）和中频（$2-8$ GHz）模式涉及与均匀背景磁化的旋进相结合的定域到skyrmion边缘的激发，而高频（$>$ 12 GHz）模式对应于同相skyrmion核心旋进，发射自旋波到均匀背景中，其波长在50- 80 nm范围内，与晶格结构相称。这些发现可能有助于研究室温波散射和实现新的微波处理方案的可重构阵列的孤子。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of thermal perturbations on magnetic dissipative droplet solitons
磁耗散液滴是一种强非线性波结构，可以通过使用自旋转移矩稳定在表现出垂直磁各向异性的薄膜铁磁体中。这些结构已经在室温下进行了实验观察，展示了它们对噪声的鲁棒性。在这里，我们量化的热噪声的影响，推导出基于孤子微扰理论的液滴的随机运动方程。首先，它被发现，确定性液滴是线性不稳定的大偏置电流，漂移不稳定。当液滴是线性稳定的，我们的框架允许我们分析计算液滴的生成线宽和中心方差。此外，我们研究了非本地和奥斯特场的影响与微磁模拟，提供洞察其对产生线宽的影响。这些结果激发了详细的实验上的电流和温度依赖性的线宽，以及漂移不稳定性统计的液滴，这是重要的数字的优点，在基于液滴的应用程序的前景。
2016-01-01 cond-mat.mes-hall
Observation of Self-Cavitating Envelope Dispersive Shock Waves in Yttrium Iron Garnet Thin Films
研究了磁性薄膜中排斥性非线性波激发的包络色散冲击波（DSW）的形成和性质。实验涉及在低损耗磁性Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$薄膜条中激发自旋波阶跃脉冲，其中自旋波振幅迅速增加，实现了激波理论的正则黎曼问题。在一定条件下，自旋波脉冲的包络演变成一个DSW，该DSW由一串扩展的非线性振荡训练组成，其振幅从前到后逐渐增加，并以黑孤立子终止。DSW自空化的开始，由零功率点和伴随的180相位跳变指示，观察到足够大的步骤，指示DSW的双向分散流体动力学性质。用非线性薛定谔方程的理论和模拟解释了实验观测。
2017-03-11 cond-mat.mes-hall
Observation of multi-skyrmion objects created by size and density control in Ta/CoFeB/MgO films
磁skyrmions是一种具有非平凡拓扑结构的手性自旋织构，为未来的磁存储和存储器件提供了潜力。本文证明了Ta/CoFeB/MgO三层膜中磁skyrmion的尺寸和密度的可控形成和调节。它是作为底部电极集成到CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中的理想候选物。改变CoFeB厚度接近面外到面内磁相变，我们发现，微妙的能量贡献使skyrmion形成在一个狭窄的厚度窗口，对应于只有约10 μ m的变化CoFeB厚度。使用磁光成像与定量图像处理，可以分析skyrmion直径和分布低于阿贝极限的变化。我们展示了高度的直径和密度控制。通过适当的磁场初始化可以设置零场稳定的Skyrmions。这证明了skyrmion形成的可调性和理解程度，为未来基于skyrmion的磁存储器铺平了道路。此外，我们展示了一个控制合并的个人skyrmions复杂的拓扑对象。我们比较我们的结果与婴儿Skyrme模型，开发来描述孤子的性质，为任何拓扑电荷n，并展示了形成多skyrmion对象的能力。这些对象将是有趣的基础数学研究的拓扑行为的孤子在未来。
2021-03-03 cond-mat.mes-hall
Embedded skyrmion bags in thin films of chiral magnets
本研究利用洛伦兹透射电子显微镜，在B20型FeGe薄板中证实了嵌入斯格明子晶格的斯格明子袋在零或反向磁场下仍具非凡稳定性，并提供了成核方案，确立了该体系探索拓扑磁性孤子的平台地位。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Soliton-like magnetic domain wall motion induced by the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction
拓扑缺陷，如磁孤子，涡旋，布洛赫线和skyrmions已经开始在现代磁学中发挥重要作用，因为它们具有非凡的稳定性，可以用于生产存储器件。最近，一种新型的反对称交换相互作用，即Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，简称Dzyaloshinskii-Moriya interaction）被发现并影响拓扑缺陷的形成。因此，探索如何影响拓扑缺陷的动力学行为是一个重要的任务。在这里，我们研究了动态畴壁（DW）在一个强大的电畴，并发现，电畴诱导湮灭的拓扑垂直布洛赫线（VBL）通过提升的四重简并的VBL。其结果是，从沃克崩溃起源的速度降低被完全抑制，导致孤立的恒定速度的DW。此外，的强度，这是孤立波的DW运动的关键因素，可以量化没有任何副作用可能产生的电流感应扭矩或外部钉扎在磁性薄膜。因此，我们的研究结果揭示了物理的动态拓扑缺陷，这为未来的工作铺平了道路，在基于拓扑的存储器应用程序。
2015-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric skyrmion-antiskyrmion production in ultrathin ferromagnetic films
具有受抑交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的超薄铁磁体可以支持拓扑孤子，如skyrmions和反skyrmions，它们是亚稳态的，可以被认为是粒子-反粒子对应物。当自旋轨道力矩被施加时，一个孤立的反克尔米子的运动被驱动超过其沃克极限，可以产生skyrmion-antiskyrmion对。在这里，我们使用原子自旋动力学模拟揭示在这对生成的散射过程。在某些条件下，这些粒子和反粒子的增殖可能会出现增长率和生产不对称性，这取决于手征相互作用的强度和自旋轨道转矩的耗散分量。这些特征在很大程度上是由反克尔米离子之间的散射过程决定的，这些散射过程可以是弹性的，也可以导致束缚态或湮灭。
2020-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
