Averaged equation for energy diffusion on a graph reveals bifurcation diagram and thermally assisted reversal times in spin-torque driven nanomagnets
通过自旋极化电流驱动纳米磁体在磁电子学中提供了令人兴奋的前景，但磁体对这种电流的响应仍然知之甚少。我们表明，一个平均方程描述的能量扩散图捕捉这些系统的低阻尼动态。从这个方程中，我们得到的磁铁的分岔图，包括临界电流诱导稳定的旋进状态和磁化翻转，以及在Kramers的标准反应速率理论不再有效的情况下，热辅助磁化反转的平均时间。这些结果与实验观测相吻合，并为具有反转时间有效能垒的Néel-Brown型公式提供了理论基础。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall math.DS
Metastable state in a shape-anisotropic single-domain nanomagnet subjected to spin-transfer-torque
我们预测在单轴形状各向异性的单畴纳米磁体中存在一个新的亚稳磁化状态。当一个自旋极化电流，传递一个自旋转移力矩，被注入纳米磁体时，它就出现了。它可以捕获磁化矢量，并防止自旋转移矩从沿易磁化轴的一个稳定状态切换到另一个稳定状态。在一定阈值电流以上，不再出现亚稳态。这对于基于自旋转移矩的磁存储器和逻辑系统具有重要的技术后果。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall
Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal in Uniaxial Nanomagnets with Thermal Noise
我们考虑的一般Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）动力学理论的磁化开关率的薄膜单轴磁体受到自旋扭矩效应和热涨落（热噪声）。在讨论了各种动力学制度的切换现象，我们提出了分析结果的平均切换时间的行为。我们的方法，明确解决的第一个通道时间问题的基础上，允许一个简单的分析热辅助，低自旋扭矩，切换渐近的薄膜磁体。为了验证我们的理论，我们已经开发了一个有效的基于GPU的微磁代码来模拟随机LLG动态到毫秒的时间尺度。我们探讨了自旋电流和单轴各向异性轴之间的几何倾斜对热辅助动力学的影响。我们发现，即使在轴对称的情况下，开关时间可以在功能上描述的形式几乎相同的共线的情况下。我们进一步验证，渐近行为达到相当缓慢，从而量化的交叉制度的热噪声的作用，连接确定性的热辅助磁化反转。
2012-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective and Fast Plasmon-Assisted Photo-Heating of Nanomagnets; A New Route for Opto-Activated Nanomagnetic Logic and Artificial Spin Systems
模拟Ising巨自旋的纳米磁性岛的热弛豫对于研究几何受挫的人工自旋系统和低能纳米磁性计算是不可或缺的。然而，目前使用的基于与热储层接触的加热方案缺乏在技术应用中实施所需的速度和空间选择性。应用一种混合的方法，通过将等离子体纳米加热器与磁性元件相结合，在这项工作中，我们建立了非接触式光学装置的纳米磁性阵列中的局部温度的鲁棒性和可靠性控制。等离子体辅助的光加热允许温度升高高达几百开尔文，这导致热激活的磁矩反转和磁矫顽场的显著降低。此外，细长等离子体激元元件的偏振相关吸收截面使得能够在亚纳秒时间尺度上进行亚晶格特定加热。使用光学自由度，即焦点位置，偏振，功率和脉冲长度，纳米磁体的热等离子体激元加热提供了其本身用于功能磁性超材料的灵活，快速，空间选择性和元素选择性热化。
2019-02-11 cond-mat.mes-hall
Spatial magnetization profile in spherical nanomagnets with surface anisotropy: Green's function approach
本研究利用格林函数方法推导了具有表面各向异性的球形纳米磁体的空间磁化分布半解析解，并通过对方向立体角平均以适配小角磁性中子散射实验，为理解尺寸与表面各向异性对纳米磁体磁化构型的影响提供了理论预测。
2023-09-12 cond-mat.mes-hall
Thermally-Activated Magnetic Reversal Induced by a Spin-Polarized Current
我们测量了由自旋极化电流驱动的纳米磁体中的磁反转的统计特性。类似于由磁场引起的反转，自旋转移驱动的反转在室温附近表现出越过有效势垒的热激活逃逸性质。然而，自旋转移效应产生的性质不同于所施加的磁场。我们讨论了有效电流与场的相图。如果电流和磁场被调整，使它们的作用彼此相反，磁体可以被驱动为超顺磁性。
2002-03-23 cond-mat.mes-hall
Reservoir computing with dipole-coupled nanomagnets
基于偶极耦合纳米磁体的储备池计算的可行性使用微磁模拟被证明。储层由2x 10纳米磁体阵列组成。纳米磁体的静态磁化方向被用作储层状态。为了更新这些状态，我们根据单个位顺序信号改变一个纳米磁体的磁化强度。我们还使用电压诱导的磁各向异性变化来改变其他纳米磁体的单轴各向异性，以增强信息流、存储和线性/非线性计算。执行具有AND、OR和XOR运算的二进制任务以评估磁性阵列储层的性能。发现可训练的并行计算输出矩阵可以执行AND、OR和XOR运算，输入延迟高达3位。
2019-02-14 cond-mat.mes-hall cs.ET
Experimental demonstration of complete 180 degree reversal of magnetization in isolated Co-nanomagnets on a PMN-PT substrate with voltage generated strain
用电压产生的应力/应变旋转形状各向异性磁致伸缩纳米磁体的磁化比大多数其他磁化旋转方案消耗少得多的能量，但是其在非易失性磁存储器中写入位的应用受到应力/应变基本上不能将磁化旋转完整180度的阻碍。通常，应力/应变可以使形状各向异性的椭圆形纳米磁体的磁化旋转仅高达90度，导致不完全的磁化反转。最近，我们预测，沿着与椭圆形纳米磁体的长轴或短轴不共线的两个不同轴顺序施加单轴应力将使磁化旋转整整180度。在这里，我们在室温下在椭圆形Co纳米磁体（在压电衬底上制造）中演示了这种完整的180度旋转。这两个应力通过顺序地向放置在衬底上的两对短路电极施加电压来产生，使得连接一对中的电极的中心的线以约+30度与纳米磁体的主轴相交，并且连接另一对中的电极的中心的线以约-30度相交。已经进行了有限元分析，以确定当一对或两对电极被激活时纳米磁体下方的应力分布，并且这已经近似地并入磁化动力学的微磁模拟中，以确认所产生的应力可以产生所观察到的磁化旋转。这一结果预示着一种极其节能的非易失性“应变”存储器技术，该技术基于在具有电产生应力的纳米磁体中写入位。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall
Resonant Tunneling in Truly Axial Symmetry Mn12 Single-Molecule Magnets: Sharp Crossover between Thermally Assisted and Pure Quantum Tunneling
自旋基态S = 10的真正轴对称Mn 12-tBuAc分子纳米磁体的磁化强度测量显示共振隧穿。该化合物具有与Mn 12-Ac相同的磁各向异性，但分子更好地分离，晶体具有更少的无序和更高的对称性。在几个温度下的磁滞回线测量揭示了一个很好的解决步骤精细结构，这是由于激发态的水平交叉。所有的阶跃位置都可以用一个简单的自旋哈密顿量来模拟。热辅助和纯量子隧穿之间的交叉可以用前所未有的细节来研究。
2005-08-19 cond-mat.mes-hall
Magnetization relaxation of interacting chains of nanomagnets
Normandie Université, UNIROUEN, INSA Rouen, CNRS, Groupe de Physique des Matériaux (UMR-6634)（诺曼底大学，鲁昂大学，鲁昂国立应用科学学院，法国国家科学研究中心，材料物理小组）；Laboratoire PROMES CNRS (UPR-8521) & Université de Perpignan Via Domitia（法国国家科学研究中心PROMES实验室（UPR-8521）& 佩皮尼昂维达多米蒂亚大学）
本文通过解析与模拟方法研究偶极耦合纳米磁体链的磁化弛豫，提出弛豫速率闭式解和双指数公式，揭示场控的均匀翻转至边缘成核的交叉机制。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall
Microscopic Theory for the Markovian Decay of Magnetization Fluctuations in Nanomagnets
我们提出了一个微观理论的声子驱动的衰减的磁化强度波动在一个广泛的类的纳米磁体，其中的主导能量是由各向同性交换和/或单轴各向异性。基于Zwanzig-Mori投影形式主义，该理论揭示了磁化涨落由一个单一的衰减率$ω_c$，我们进一步确定与相关的自能的零频率部分。从剩余的慢自由度的动态解耦归因于守恒定律和能谱的离散性，并解释了几十年来无所不在的单指数衰减的磁化强度，如实验所观察到的。一个物理上透明的解析表达式$ω_c$的推导，突出了三个具体的机制，迄今为止已知的纳米磁体的减速效果。
2007-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Spin-transfer pulse switching: From the dynamic to the thermally activated regime
在单轴薄膜纳米磁体模型系统中，研究了热涨落对自旋转移开关的影响。将纳米磁体并入自旋阀纳米柱中，所述自旋阀纳米柱经受可变振幅和持续时间的自旋极化电流脉冲。两个物理制度是明确区分：长脉冲持续时间制度，其中发生逆转的自旋转移辅助热激活的能量障碍，和短时间的大脉冲幅度制度，其中的开关概率是由自旋角动量在电流脉冲。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Entropy-driven order in an array of nanomagnets
长程有序通常与熵的减少有关。然而，在某些特殊情况下，它也可以由熵增加驱动。我们证明，人工自旋冰阵列的单域纳米磁体可以设计产生熵驱动的顺序。我们重点关注俄罗斯方块人工自旋冰结构，这是一种具有零点泡利熵的高度受挫阵列几何结构，它是通过在正则方形冰晶格上选择性地创造规则空位而形成的。我们探测热活性俄罗斯方块人工自旋冰实验和模拟，测量单个纳米磁体的磁矩。我们在这些矩的一个子集中发现了二维磁有序，我们证明这是由无序引起的（即，增加的熵）在另一个时刻的子集中。与其他熵驱动的系统相比，俄罗斯方块人工自旋冰中的离散自由度是二元的，并且在微观尺度上既可设计又可直接观察，并且系统的熵可以在模拟中精确计算。在这个例子中，系统的相互作用和基态熵都得到了很好的定义，扩展了熵驱动有序化研究的实验范围。
2022-02-22 cond-mat.mes-hall
Stress Engineering of Thermal Fluctuation of Magnetization and Noise Spectra in Low Barrier Nanomagnets Used as Analog and Binary Stochastic Neurons
本文研究低势垒纳米磁体中的磁化热涨落，提出通过施加单轴应力将二进制随机神经元重构为模拟随机神经元，并实现噪声谱的调控，具有信号处理应用前景。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall
Stochastic resonance of a nanomagnet excited by spin transfer torque
来自自旋极化电流的自旋转移力矩可以在纳米尺度的金属铁磁体中激发大幅度的磁化动力学。由于纳米磁体的磁各向异性能与热能尺度相当，因此温度可以对由自旋转移矩驱动的纳米磁体的动力学具有深远的影响。在这里，我们报告的观察不寻常类型的微波频率非线性磁化动力学共同激发交替自旋转移力矩和热波动。在这些动力学中，温度放大了磁化强度的GHz范围进动的幅度，并通过弱的交变自旋转移力矩激发磁化强度的高度非线性动态状态。我们解释这些热激活动力学的非绝热随机共振的自旋转移矩驱动的磁化。这种类型的磁随机共振可能会在敏感的纳米级微波信号探测器中找到用途。
2009-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Linear Stability Analysis of a Levitated Nanomagnet in a Static Magnetic Field: Quantum Spin Stabilized Magnetic Levitation
我们从理论上研究了单磁畴纳米球在外部静磁场中的悬浮。我们表明，除了由纳米磁体的机械旋转（如在经典的Levitron）提供的稳定性，其磁化的量子自旋原点提供了两个额外的机制来稳定地悬浮系统。尽管存在恩肖定理，但即使在没有机械旋转的情况下，也存在这样的稳定相。对于大的磁场，量子磁矩的拉莫尔旋进使系统稳定，完全类似于中性原子的磁捕获。对于低磁场，磁各向异性通过爱因斯坦-德哈斯效应稳定系统。这些结果是通过对在Ioffe-Pritchard磁场中具有单轴各向异性的单磁畴刚性纳米球的线性稳定性分析得到的。
2017-10-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Manipulating quantum impurity spins via dynamical modes of nanomagnets
量子杂质（QI）自旋通过利用高达室温的量子相干性提供有前途的信息处理和传感应用。由于设计局部相干驱动器和提高对此类应用的各种信号的灵敏度的要求，将QI自旋与物质激发耦合的混合系统的研究最近引起了极大的兴趣。我们提出并从理论上研究了一个混合系统，耦合自旋-1 QI与纳米磁体的动力学激发，这是由经典自旋电子学中发现的机制控制。我们表明，在这样的系统中的QI自旋退相干，由于耦合到纳米磁体的热激发模式，可以设计在很宽的范围内，通过利用纳米磁体的模式椭圆率和手性性质的QI自旋和纳米磁体之间的耦合控制。另一方面，当通过电压感应扭矩电激活时，我们证明了QI自旋可以在室温下通过利用纳米磁体的固有非线性进动模式以大品质因数相干地驱动。我们的研究结果为实现独特的量子自旋电子学功能提供了理论指导，例如QI自旋的局部相干驱动到环境条件，以及纳米磁体增强的基于QI的混合传感器的设计。
2022-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossover between Thermally Assisted and Pure Quantum Tunneling in Molecular Magnet Mn12-Acetate
采用微霍尔效应磁力测量法研究了高自旋（S=10）单轴分子磁体Mn12单晶中热辅助与纯量子隧穿之间的交叉。磁滞和弛豫实验已被用来调查的能级，确定作为磁场和温度的函数的磁化反转。这些实验表明，交叉发生在一个狭窄的（0.1 K）或广泛的（1 K）的温度间隔取决于横向于各向异性轴的字段的大小。
2001-01-02 cond-mat.mes-hall
Optimal time-dependent polarized current pattern for fast domain wall propagation in nanowires: Exact solutions for biaxial and uniaxial anisotropies
纳米磁学中的一个重要问题是降低技术上有用的畴壁（DW）传播速度所需的电流。基于修正的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程，同时考虑了Slonczewski自旋转移矩和类场矩，推导了DW沿纳米线快速传输的最佳自旋电流模式.在这样的条件下，DW的速度在双轴线可以提高多达十倍的速度相比，在实验中取得的。此外，自旋极化的快速变化可以帮助DW脱钉。可能的实验实现进行了讨论。
2010-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signatures of Chaos in Thermal Switching of Nanomagnets
研究了微波外场作用下纳米颗粒的热激活磁化动力学。结果表明，在足够强的微波激励下，鞍型异宿连接附近可能出现混沌磁化动力学，这种异宿混沌是导致稳定磁化状态周围安全盆被侵蚀的原因.侵蚀现象，然后连接到从周围的稳定平衡的能量阱的逃逸问题。结果表明，逃逸时间服从广义Arrhenius定律，并与温度、微波场振幅、频率和异宿混沌阈值有关。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Ternary Stochastic Neuron -- Implemented with a Single Strained Magnetostrictive Nanomagnet
本文提出利用单个施加单轴应变的零能垒磁致伸缩纳米磁体实现三值随机神经元（TSN），该神经元状态在-1、0、+1中随机取值，为高效解决MNIST和CIFAR-10等模式分类任务提供了新型硬件方案。
2025-01-24 cond-mat.mes-hall eess.SP
Nutation spectroscopy of a nanomagnet driven into deeply nonlinear ferromagnetic resonance
磁性纳米结构中的强非平衡态表现出与磁化动力学的非线性性质相关的新特性，这具有重要的基础和实际意义。在这里，我们证明了场驱动的铁磁共振可以发生在前所未有的大角度的磁化进动，这通常是防止由自旋波不稳定性和磁化湍流动力学的发病与大量的空间相干性。我们的研究结果表明，这种限制可以克服纳米磁体，其中的几何约束大大降低了自旋波模式的密度。所获得的深度非线性铁磁共振制度的基础上的应用程序的第二个激发场的一种新的光谱技术进行了探讨。这使得能够谐振地驱动围绕大角度周期性轨迹的慢相干磁化章动。我们的实验结果很好地占了单轴对称系统的分析模型。它们还提供了控制纳米结构中高度非线性磁化动力学的新手段，这在磁性纳米技术的背景下打开了有趣的应用机会。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Thermally and field-driven mobility of emergent magnetic charges in square artificial spin ice
设计和构建体现挫折的统计力学的模型系统现在可以使用纳米技术。我们已经安排了纳米磁体在一个二维的正方形晶格，形成一个人工自旋冰，并研究了它的分数激发，涌现磁单极子，以及它们如何响应于驱动场使用X射线磁显微镜。我们观察到一个制度，其中的磁漂移速度是线性的领域以上的临界领域的运动开始。临界场的温度依赖性可以通过在Bean-Livingston模型中引入相互作用项来描述。通过与电荷漂移运动的类比，我们定义和测量了纳米磁体的迁移率，该迁移率对于更高的温度和更强的纳米磁体之间的相互作用都更大。在这个线性政权的流动性描述的蠕变模型的零维电荷移动网络内的准一维对象。
2018-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Stability of the Magnetization in Perpendicularly Magnetized Thin Film Nanomagnets
当设计垂直磁化的图案化介质和磁性随机存取存储器时，理解具有垂直磁各向异性（PMA）的薄膜纳米磁体对抗热致磁化反转的稳定性是重要的。磁化反转率的前导顺序依赖性由系统需要克服以进行反转的能量势垒决定。在本文中，我们研究这些系统的反转动力学和计算相关的障碍，使用弦方法的E，范登-艾金登，任。我们发现反转往往是空间不相干的，也就是说，而不是磁化翻转作为一个刚性的单位，反转收益，而不是通过一个孤立的畴壁扫过系统。我们发现，对于正方形纳米磁性元件的能量势垒随元件尺寸增加到一个临界长度尺度，超过该尺度的能量势垒是恒定的。对于圆形元素，能量势垒继续无限地增加，尽管超过临界尺寸时会更慢。在这两种情况下的能量势垒小于预期的相干磁化反转。
2012-08-26 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Thermoelectrical manipulation of nanomagnets
我们研究了基于磁性多层膜（F/f/F）的介观器件中热力学性质和自旋相关输运之间的相互作用，其中两个强铁磁层（F）通过弱铁磁间隔层（f）交换耦合，居里温度在室温附近.我们从理论上表明，由自旋相关电流产生的焦耳加热允许自旋热电子控制的铁磁到顺磁（f/N）过渡的间隔，从而，在设备中的外部F层的相对取向（自旋热电操纵纳米磁体）。支持这种热控制开关的F/f（N）/F三明治从平行到反平行磁化方向的实验证据。此外，我们从理论上表明，由于磁点接触或纳米柱中的高浓度电流引起的局部焦耳加热可用于可逆地驱动弱铁磁间隔物通过其居里点，从而交换耦合和解耦两个强铁磁F层。对于被设计为在间隔物的居里点以上具有反平行基态的器件，相关的自旋-声子平行到反平行切换引起磁阻振荡，其频率可以通过从基本上DC到GHz的适当偏置来控制。我们详细讨论了实验实现的设备，可以作为一个热磁阻开关或振荡器。
2010-07-08 cond-mat.mes-hall
Engineering Relaxation Pathways in Building Blocks of Artificial Spin Ice for Computation
纳米磁逻辑，它利用偶极耦合的单域纳米磁体的阵列进行计算，有望作为一种低功耗的替代传统的CMOS计算。除了将纳米磁体用于布尔逻辑之外，纳米磁体还可以用于非确定性计算方案，例如图像中的边缘检测和解决旅行商问题。在这里，我们展示了基于人工自旋冰的热活性纳米磁体的安排的确定性和概率计算的潜力。这是通过遵循特定热弛豫路径的工程结构来实现的，该热弛豫路径由从初始场设置状态到最终低能量输出状态的磁矩的一系列重新取向组成。此外，我们证明，它是可能的，以调整达到一个特定的最终低能量状态的概率，因此，一个给定的输出的可能性，通过修改intermagnet距离。最后，我们通过实验证明了一个方案，连接几个计算构建块进行复杂的计算。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Enhancing thermal stability of optimal magnetization reversal in nanoparticles
本研究针对微波场驱动纳米磁体磁化反转受热涨落破坏的问题，提出施加弱纵向磁场约束扰动动力学，从而抑制不稳定并提高高温下的开关概率。
2023-12-18 cond-mat.mes-hall
Modulation of Magnetic Anisotropy and Spin-Orbit Interaction by Electrical Current in FeCoB Nanomagnets
本研究提出测量纳米磁体中电流调制磁各向异性与自旋轨道相互作用的新方法，识别出平方电流（源于自旋霍尔效应）和线性电流（源于霍尔效应）两种贡献，前者在多层结构中显著增强，可实现高效数据记录，为MRAM优化提供新途径。
2024-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Micro-Hall Magnetometry Studies of Thermally Assisted and Pure Quantum Tunneling in Single Molecule Magnet Mn12-Acetate
利用微霍尔效应磁测量技术研究了高自旋（S=10）单轴单分子磁体Mn 12-acetate单晶中热辅助隧穿与纯量子隧穿之间的交叉。磁滞实验已经被用来调查的能级，确定作为磁场和温度的函数的磁化反转。这些实验表明，交叉发生在一个狭窄的（~0.1 K）或宽（~1 K）的温度区间取决于所施加的磁场的大小和方向。对于平行于易磁化轴施加的低外磁场，主导隧穿的能级随温度突然变化。在存在横向场和/或大的纵向场的情况下，这些能级随温度的变化更加平缓。我们的实验结果与模型计算的这种交叉的比较表明，有额外的机制，提高隧道率的低躺能级和扩大小横向领域的交叉。
2001-03-26 cond-mat.mes-hall
String Phase in an Artificial Spin Ice
一维局域激发弦是强关联拓扑量子物质物理行为的一个迷人特征。在这里，我们研究字符串的本地激发相互作用的纳米磁体的经典系统，人工自旋冰的圣达菲冰几何。我们测量的时刻配置的纳米磁体，退火后的铁磁居里点附近，并在热动力学状态。虽然圣达菲冰晶格结构是复杂的，我们证明，它的无序磁状态自然描述的框架内出现字符串。我们的实验表明，字符串长度遵循一个简单的玻尔兹曼分布与能量尺度，是与系统的磁相互作用，并与理论预测相一致。结果表明，弦的描述和相关的拓扑特征不是唯一的量子模型，但也可以提供一个简化的描述复杂的经典系统与非平凡的挫折。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall
Phase transition between quantum and classical regimes for the escape rate of dimeric molecular nanomagnets in a staggered magnetic field
本文研究了在交错磁场和易磁化$z$轴各向异性中，铁磁或反铁磁耦合的单分子磁体交换耦合二聚体的逃逸率的相变.该体系的哈密顿量已被用于研究分子二聚体纳米磁体[Mn $_4$ ] $_2$。我们将单分子磁自旋问题映射到量子力学粒子的方法推广到二聚分子纳米磁体。该问题被映射到一个单粒子量子力学哈密顿的相对坐标和坐标相关的约化质量。它示出的外部交错的磁场的存在下创建一个相边界分离的第一从第二阶过渡。用R. Tiron，$\textit{et al}$，\prl { \bf 91}，227203（2003），和S. Hill，$\textit{et al}$ science { \bf 302}，1015（2003）为了拟合[Mn $_{4}$ ] $_2$二聚体的实验数据，我们发现相边界处的临界温度为$T^{(c)}_0 =0.29K$。因此，当温度高于$T^{(c)}_0$时，应发生热激活转变。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Pulse-assisted magnetization switching in magnetic nanowires at picosecond and nanosecond timescales with low energy
详细了解磁性纳米材料中的自旋动力学对于开发超快、低能和高密度自旋电子逻辑和存储器是必要的。在这里，我们开发的微磁模型和解析解，阐明增加阻尼和单轴各向异性的磁场脉冲辅助开关时间，能量和场的要求与垂直磁各向异性和钇铁石榴石类自旋输运性质的纳米线的效果。纳米线最初使用外部磁场脉冲（写入）和自弛豫来磁化。接下来，磁矩表现出确定性的开关后，接收2.5 ns长的外部磁脉冲在两个垂直极性。有利的阻尼（α~0.1-0.5）和各向异性能（10^4-10^5 J·m^-3）允许低至皮秒的磁化转换时间。利用自旋进动不稳定性，观察到磁场低于磁化强度的磁化反转。在开关速率、能量成本和所需的外部场之间出现了竞争或纳米磁性三元困境。开发具有优化阻尼和有效各向异性的磁性纳米线可以在室温下将开关势垒降低到3163 kBT。因此，纳米磁体中的脉冲辅助皮秒和低能量开关可以实现超快纳米磁性逻辑和元胞自动机。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque effects in thermally assisted magnetization reversal: Method of statistical moments
自旋极化电流驱动的纳米磁体的热涨落处理通过Landau-Lifshitz-Gilbert方程推广到包括随机热噪声场和Slonczewski自旋转移矩项。通过平均这个随机的（朗之万）方程的实现，统计矩微分递推关系的显式无穷族（平均球谐函数）推导出任意退磁因子和磁晶各向异性的一般纳米柱模型的自旋-转矩器件包括两个代表自由层和固定层的铁磁层以及均夹在两个欧姆接触之间的导电隔离物。研究了热涨落和自旋转移力矩对相关开关特性的影响，如稳态磁化、磁化反转时间等，通过求解温度、阻尼、外部磁场和自旋极化电流的宽范围的分级结构来计算，所述宽范围的温度、阻尼、外部磁场和自旋极化电流指示在包括几个数量级的热辅助磁化反转中的新自旋扭矩效应。特别是，开关特性对外部磁场的方向和自旋极化存在明显的依赖性。
2013-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Micromagnetic Simulations of Ferromagnetic Rings
薄的纳米磁环已经引起了人们对磁化反转的基础研究以及它们在各种应用中的潜力的兴趣，特别是作为磁存储器。他们是一个罕见的例子，几何形状中的热致磁反转率的解析解已被确定，在近似的误差可以估计和有界。在这项工作中，软铁磁环的数值模拟被用来探索方面的解析解。过渡态附近的能量的演变证实，与分析预测一致，热致磁化反转可以有两个中间状态之一：要么恒定或孤立的鞍形配置，这取决于环的大小和外部施加的磁场。结果证实了分析预测的过渡热激活反转行为的磁场是在恒定的环尺寸变化。模拟还表明，解析的一维模型继续举行，甚至宽环。
2007-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Micromagnetic understanding of stochastic resonance driven by spin-transfertorque
在本文中，我们采用微磁学模拟研究非绝热随机共振（NASR）的自旋转移力矩激发的超顺磁性自由层纳米磁体的纳米自旋阀。我们发现，NASR动力学涉及两个静态和一个动态的纳米磁体之间的热激活的过渡，可以很好地理解的马尔可夫链速率理论的框架。我们的模拟表明，在NASR频率的自旋阀产生的直流电压是至少一个数量级大于关闭NASR频率产生的直流电压。我们的计算还再现了NASR的主要实验观察到的功能，如谐振频率，温度依赖性和电流偏置依赖的谐振振幅。提出了一种基于自旋转移矩驱动NASR的微波信号检测器的简单设计。
2011-03-13 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Phenomenological theory of magnetization reversal in nanosystems with competing anisotropies
在纳米磁性系统中，内禀磁各向异性和表面/界面诱导磁各向异性之间的相互作用强烈地影响磁化过程。我们发展了一个微磁理论来描述场驱动的纳米磁体与立方和单轴各向异性的重取向。在竞争阶段和伴随的多畴状态的参数的自旋配置计算作为所施加的磁场和磁各向异性的函数。构造的磁相图允许分类不同类型的磁化反转，并提供详细的分析磁性纳米结构的开关过程。计算的孤立畴壁的磁化曲线表明，这种壁的平衡参数是非常敏感的施加磁场和竞争的各向异性的值，可以在很宽的范围内变化。对于具有垂直各向异性的纳米层，条纹畴的几何参数已被计算为偏置场的函数。结果被施加到分析的磁化过程中观察到的各种纳米系统与竞争的各向异性，主要是在稀磁半导体薄膜（Ga，Mn）As。
2008-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Temperature Dependence of the Anisotropy Field of L10 FePt near the Curie Temperature
在居里温度附近，磁单轴L10 FePt的各向异性场预期遵循标度律$(1-T/Tc)^β$，其中$T$是温度，$T_c$是居里温度。在文献中，已报告$β$值在0.36和0.65之间。记录测量和微磁分析的基础上，我们表明，只有$β$的报告范围的低端附近的值是兼容的数据。我们还得出结论，热激活的磁化反转在$T_c$附近的温度不能被忽略，即使在小于1 ns的时间尺度。我们表明，热激活的磁化反转温度接近$T_c$是由传统的理论与频率因子$f_0$的顺序为$10^{12}$ Hz。据推测，$f_0$的异常高的值是晶粒内的微自旋的对准程度的温度诱导的降低的结果。
2017-03-31 cond-mat.mes-hall
Energy efficient coherent quantum control of nitrogen vacancy (NV) spin with nanoscale magnets
本研究利用纳米磁体产生的微波场对金刚石NV中心进行相干控制，实现高对比度拉比振荡，能效比天线高至少400倍，并展示了通过声功率调控拉比频率，为可扩展量子计算和传感提供新路径。
2024-07-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Role of shape anisotropy on thermal gradient-driven domain wall dynamics in magnetic nanowires
本研究探究热梯度下不同形状各向异性磁性纳米线的畴壁动力学，揭示磁振子角动量传递机制，解释阻尼与畴壁速度的反常关系，为自旋电子器件研发提供参考。
2022-10-15 cond-mat.mes-hall
Switching speed distribution of spin-torque-induced magnetic reversal
利用Fokker-Planck方程（FPE）计算了单畴铁磁体在自旋电流激励下的开关几率。在单轴各向异性的情况下，FPE减少到一个常微分方程，其中最低的本征值$λ_1$确定最慢的开关事件。我们用解析和数值方法计算了$λ_1$。结果发现，以前的模型的基础上热分布的初始磁化状态\cite{Sun1}可以准确地证明在一些有用的限制条件。
2006-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin caloric effects in antiferromagnets assisted by an external spin current
在反铁磁体中寻找新的自旋热效应，我们研究了热激活磁振子在外加自旋电流和温度梯度存在下的性质。我们预测的自旋Peltier效应-产生的热通量的自旋积累-在一个反铁磁绝缘体与立方或单轴磁对称。这种效应与自旋电流引起的自旋方向相反的磁振子的弛豫时间分裂有关。我们表明，珀耳帖效应可以触发反铁磁畴壁运动的力量，其值与样品的温度增长。在大于低频磁振子能量的温度下，这种力比自旋电流和畴壁之间的直接自旋转移所引起的力大得多。我们还证明了外加自旋流可以引起磁振子自旋Seebeck效应。相应的塞贝克系数由电流密度控制。这些自旋电流辅助的热效应为控制反铁磁体的磁态开辟了新的途径。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall
Magnetization dynamics of weakly interacting sub-100 nm square artificial spin ices
人造自旋冰（ASI），由纳米级磁性元件的二维阵列组成，提供了一个迷人的机会来观察平衡系统的物理。最初的研究集中在静态，冻结状态，而最近的研究已经访问了不平衡的动态，波动状态。这开辟了令人兴奋的可能性，如观察系统探索他们的能量景观，通过创造准粒子，可能导致ASI磁性，并直接观察非常规的相变。本文用SQUID磁强计测量和分析了热激活ASI系统的磁弛豫。我们已经研究了在纳米磁体热活性的范围内的不同温度下的相互作用强度对磁化动力学的影响，并观察到它们遵循Arkenius型Néel-Brown行为。一个意想不到的平均阻塞温度与相互作用强度的负相关性也被观察到，这是支持蒙特卡罗模拟。的磁化弛豫测量显示更强的耦合纳米元素具有类似的尺寸更快的弛豫。从测量得到的拉伸指数的分析表明1-D链状磁化动力学。这表明纳米元素之间相互作用的性质将ASI的维度从2-D降低到1-D。最后，我们提出了一种方法来量化一个正方形ASI系统的有效相互作用能，并比较它的相互作用能从一个简单的偶极子模型计算，也与微磁模拟计算的静磁能。
2020-01-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Magnonic Spin-Transfer Torque in Ferromagnet/Antiferromagnet/Ferromagnet Trilayer
在具有单轴各向异性的反铁磁体（AF）中，自旋向上和自旋向下的磁振子共存，并形成类似于电子的固有自由度。当相邻的铁磁体（F）的极化，磁振子纯自旋电流可以热产生的AF。我们探讨热磁振子输运在一个绝缘的F/AF/F三层内的AF间隔内的传播磁振子可以转移角动量之间的两个Fs。我们发现，一个足够大的温度梯度可以切换下游F通过磁子自旋转移力矩，如果它最初是反平行的上游F。通过反转温度梯度可实现往复切换。使用典型的材料参数，我们估计的阈值在室温下小于1 K/nm，这可以通过提高温度和增强界面交换耦合来降低。
2018-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Thermal gradient driven domain wall dynamics
研究了在畴壁动力学中热梯度的作用是否类似于磁场或电流。广义上讲，磁化控制旋钮可以分为能量驱动力或角动量驱动力。由静磁场驱动的DW传播是前者的最佳示例，其中DW速度与能量耗散率成比例，而电流驱动的DW运动是后者的示例。在这里，我们表明，DW的传播速度驱动的热梯度可以完全解释为热产生的自旋电流和DW之间的角动量转移。我们发现DW平面旋转速度随着DW宽度的减小而增加。随着Gilbert阻尼的增加，DW沿导线的传播速度和DW平面绕导线的旋转速度都减小。这些事实与角动量转移机制一致，但与能量耗散机制不同。我们进一步表明，磁振子自旋转移力矩（STT）产生的热梯度具有阻尼类和类场分量。通过对DW传播速度和DW平面旋转速度的分析，得到了非绝热过程产生的类场STT系数（\b{eta}）。发现\b{eta}不依赖于温度梯度，随单轴各向异性K_（||）（更薄的DW）;并且随着阻尼的增加而减小，这与较大的阻尼或较厚的DW导致自旋电流极化与局部磁化之间更好的对准或更好的绝热性的物理图像一致。
2019-05-26 cond-mat.mes-hall
Controlled topological dilution drives cooperative glassy dynamics in artificial spin ice
Baylor University（贝勒大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
通过随机去除非晶态自旋冰中的磁体，研究了受控 disorder 对玻璃形成的影响，发现其促进高能顶点增多和配置熵增加，并揭示了从长程有序到玻璃态的转变过程。
2026-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
