Exchange coupling of a perpendicular ferromagnet to a half-metallic compensated ferrimagnet via a thin hafnium interlayer
一个薄的哈夫里膜被示出作为锰在0.7 nm的厚度的有效的扩散阻挡层,并作为一个有效的交换耦合层的三明治结构与垂直磁各向异性。磁性层是Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$和低磁矩亚铁磁体Mn $_2$ Ru $_x$ Ga(MRG)。在MRG的补偿温度下,耦合变号,最薄的Hf中间层的交换能达到0.11 mJm $^{-2}$。钌是在薄膜异质结构中耦合铁磁层的常用金属,由于Ru的相互扩散,不能与零矩半金属MRG一起使用。由于MRG在补偿附近具有较大的矫顽磁力,因此可以作为交换钉扎的有效来源。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Fast domain wall motion induced by antiferromagnetic spin dynamics at the angular momentum compensation temperature of ferrimagnets
反铁磁自旋电子学是一个新兴的研究领域,旨在利用反铁磁体作为自旋电子器件的核心元素。这个方向的核心动机是反铁磁自旋动力学预计将比铁磁对应物快得多,因为反铁磁体具有比铁磁体更高的共振频率。最近的理论确实预测了反铁磁畴壁(DW)比铁磁DW更快的动力学。然而,反铁磁自旋动力学的实验研究仍然没有探索,主要是因为反铁磁体对磁场的免疫力。此外,这种免疫力使得场驱动反铁磁DW运动不可能,尽管丰富的物理场驱动DW动力学证明在铁磁DW研究。在这里,我们表明,快速场驱动的反铁磁自旋动力学实现在亚铁磁体的角动量补偿点TA。使用稀土3d-过渡金属亚铁磁性化合物,其中净磁矩是非零的TA,场驱动的DW流动性显着提高到20 km/sT。集体坐标方法推广亚铁磁体和原子自旋模型模拟表明,这种显着的增强是反铁磁自旋动力学在TA的后果。我们的发现使我们能够研究反铁磁自旋动力学的物理学,并强调了调整亚铁磁体的角动量补偿点的重要性,这可能是亚铁磁自旋电子学的关键。
2017-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Nonrelativistic spin-splitting multiferroic antiferromagnet and compensated ferrimagnet with zero net magnetization
本文提出并验证了利用铁电极化电控零净磁矩自旋劈裂反铁磁体与补偿亚铁磁体自旋极化的设计原则,为磁电自旋电子器件发展开辟新路径。
2025-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Spin pumping and shot noise in ferrimagnets: bridging ferro- and antiferromagnets
新技术和基础物理学前景的结合引发了人们对磁体中纯自旋输运的巨大兴趣,从铁磁体开始,扩展到反铁磁体和亚铁磁体。本文从理论上研究了亚铁磁体$|$非磁性导体界面上的自旋输运。所得到的自旋电流表达式包括内以及跨亚晶格项,这两者都是必不可少的定量理解的自旋泵。直流电流被发现是敏感的两个亚晶格磁化和移动电子之间的界面耦合的不对称性,特别是对反铁磁体。我们进一步发现,伴随的散粒噪声提供了一个有用的工具,探测准粒子自旋和界面耦合。
2017-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching ferromagnetic spins by an ultrafast laser pulse: Emergence of giant optical spin-orbit torque
更快的磁纪录技术是海量数据存储和大数据科学不可或缺的。{全光自旋开关提供了一种可能的解决方案},但目前它仅限于少数昂贵且复杂的稀土亚铁磁体。在更丰富的铁磁体中的自旋开关可能会大大扩展全光自旋开关的范围。在这里,通过研究40,000个铁磁自旋,我们表明,这是决定自旋开关过程中的铁磁体和亚铁磁体的光学自旋轨道力矩。只有当合金中每种成分的有效自旋角动量超过临界值时,才会发生自旋转换。由于强交换耦合,铁磁体中的自旋开关比弱耦合亚铁磁体快得多。这为全光自旋开关建立了一个范例。由此产生的磁场(65 T)是如此之大,它将显著降低自旋电子学中的高电流,从而代表了光自旋电子学的开始。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast thermally induced magnetic switching in synthetic ferrimagnets
合成亚铁磁体是由两个或多个具有不同磁矩的反铁磁耦合磁性子晶格形成的复合磁性结构。在这里,我们报告的原子自旋模拟的激光诱导磁化动力学在这样的合成ferrimag-nets,并证明,超短激光脉冲的应用导致亚皮秒磁化动力学和全光开关以类似的方式在ferrimagnetic合金。此外,我们提出了成功的激光诱导开关的基本材料特性,证明了使用合成亚铁磁体作为高密度磁存储元件而不需要写入场的可行性。
2014-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Strong variation of spin-orbit torques with relative spin relaxation rates in ferrimagnets
本文研究了亚铁磁FexTb1-x层中SOTs随相对自旋弛豫速率的变化,发现接近磁补偿点时SOTs会减弱消失,揭示了磁性层内竞争性自旋弛豫过程对SOTs强度的关键作用,为铁磁和补偿系统的SOT现象提供了统一理解。
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic resonance frequency of two-sublattice ferrimagnet with magnetic compensation temperature
针对具有补偿温度的亚铁磁体补偿温度附近磁化动力学复杂难用传统模型解释的问题,推导了考虑磁化面内/面外取向、纳入交换刚度及磁各向异性温度依赖性的全温区磁共振频率解析解,可复现实验数据且远补偿温区与传统模型一致。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Terahertz Spin-Wave Emission Associated with Ferrimagnetic Domain Wall Dynamics
我们从理论上研究了在Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用存在下亚铁磁畴壁的动力学。我们发现,直流磁场的应用程序可以诱导太赫兹自旋波发射驱动亚铁磁畴壁,这是不可能的铁磁或反铁磁畴壁。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用,以促进太赫兹自旋波发射的净角动量在很宽的范围内,通过增加沃克击穿场。此外,我们表明,自旋-轨道力矩结合Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用也驱动快速亚铁磁畴壁运动,在很宽的净角动量范围内发射太赫兹自旋波。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Energy-efficient spin Hall nano-oscillators using near-compensated CoGd ferrimagnets
National University of Singapore(新加坡国立大学);Indian Institute of Technology Ropar(印度技术学院罗帕尔分校);Indian Institute of Technology Delhi(德里印度理工学院)
该研究利用CoGd亚铁磁体制备自旋霍尔纳米振荡器,通过成分调控在磁化补偿点附近实现低电流密度、小磁场与窄线宽,性能较铁磁同类器件提升一个数量级,为高能效自旋电子器件提供新平台。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling domain wall dynamics of ferrimagnets in thermal magnon currents: competition of angular momentum transfer and entropic torque
控制磁畴壁运动有望有效地操纵和转移磁存储信息。由温度梯度产生的热磁振子电流可以用来移动磁纹理,从磁畴壁到磁涡旋和skyrmion。在过去的几年里,理论研究集中在铁磁和反铁磁自旋结构,畴壁总是朝着热梯度的较热端移动。在这里,我们进行数值研究,使用原子自旋动力学模拟和互补的分析计算,推导出一个运动方程的畴壁速度。我们证明了在亚铁磁体中,热磁振子电流下的畴壁运动表现出更丰富的动力学。下面的沃克击穿,我们发现,温度梯度总是拉向热端的畴壁通过最小化其自由能,在同一制度的铁磁体和反铁磁体的观察一致。在沃克击穿之上,亚铁磁畴壁可以显示相反的、违反直觉的行为,即向冷端移动。我们表明,在这种情况下,运动到较热或较冷的端部是由角动量转移驱动,因此强烈相关的角动量补偿温度,一个独特的属性的亚铁磁体的亚铁磁体的固有角动量为零,而亚晶格角动量保持有限。特别是,我们发现,低于补偿温度的壁向冷端移动,而高于它,向热端移动。此外,我们发现,对于亚铁磁体,有一个扭矩补偿温度下的畴壁动力学表现出类似的特性,反铁磁体,即,准惯性自由运动和沃克击穿的情况下。
2019-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroicity and 180$^\circ$ domain switching in LaFeO$_3$ via Antisite Defects
本文通过密度泛函理论计算发现,在非铁电反铁磁的LaFeO$_3$中引入Fe$_\mathrm{La}$反位缺陷可使其同时具备铁电性与亚铁磁性,实现极化耦合与180$^\circ$畴翻转。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Geometry-Driven Magnetoelectric Coupling in Two-Dimensional Compensated Ferrimagnets
School of Emerging Technology and Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学新兴技术学院与微观物质科学国家研究中心);State Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry, School of Chemistry and Materials Science, and Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials (iChEM), University of Science and Technology of China(中国科学技术大学精密与智能化学国家重点实验室、化学与材料科学学院及能源材料化学协同创新中心);Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学合肥国家实验室)
针对补偿磁体中磁电耦合受对称性限制的问题,提出基于双层呼吸笼目晶格的几何驱动自旋-铁电耦合机制,通过面外极化与层内结构畸变互锁实现自旋劈裂的可逆翻转,并在Nb3Cl8中通过第一性原理计算验证。
2026-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of Multi-Frequency Magnonic Waveguides with Enhanced Group Velocities by Exchange Coupled Ferrimagnet/Ferromagnet Bilayers
我们报告的宽带光谱和数值分析,我们探讨传播自旋波的磁性双层组成的23 nm厚的坡莫合金膜沉积在130 nm厚的$Y_{3}Fe_{5}O_{12}$。在双层中,我们观察到一个特征模式,表现出相当大的群速度在小平面内磁场比静磁和垂直自旋驻波。利用有限元方法,我们通过模拟模式分布和色散关系证实了观测结果。它们说明了由于在界面处的交换耦合的自旋波模式的杂交。在双层中发现的高速传播模式可以用于配置多频率自旋波通道,从而增强基于自旋波的逻辑器件的性能。
2019-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Calculating the Magnetic Anisotropy of Rare-Earth-Transition-Metal Ferrimagnets
磁晶各向异性是永久磁性的微观起源,通常用铁磁体来解释。然而,基于稀土和过渡金属(RE-TM)的性能最好的永磁体实际上是亚铁磁体,由许多磁性子晶格组成。在这里,我们展示了如何一个天真的计算的经典RE-TM亚铁磁GdCo $_5$的磁晶各向异性给出的数字是太大,在0 K,并表现出错误的温度依赖性。我们通过引入第一原理方法来计算温度依赖的磁化强度与场(FPMVB)曲线来解决这个问题,反映了实际用于确定各向异性的实验。我们对我们的计算与测量最近生长的单晶GdCo $_5$,并找到很好的协议。FPMVB方法展示了使用第一性原理计算来理解RE-TM磁体的新的复杂程度。
2018-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Current-Driven Domain Wall Motion in Curved Ferrimagnetic Strips Above and Below the Angular Momentum Compensation
本文通过微磁模拟研究弯曲重金属/亚铁磁体/氧化物条带中的电流驱动畴壁运动,分析曲率、宽度及角动量补偿的影响,证明窄弯曲亚铁磁条带可实现高速低畸变传播。
2024-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Optically Induced Ferromagnetic Order in a Ferrimagnet
本研究针对光诱导磁态变化的瞬态特性限制,利用红外超短激光脉冲在平衡态亚铁磁的非晶TbCo合金中诱导出长时持续的铁磁有序,为光控物质性质开辟了新方向。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Spin-transfer torques for domain walls in antiferromagnetically coupled ferrimagnets
反铁磁材料是下一代自旋电子学应用的杰出候选者,因为它们的超快自旋动力学使得实现比传统铁磁材料高几个数量级的速度器件成为可能。虽然自旋转移矩(STT)是电控制自旋的关键,成功地证明了在铁磁自旋电子学,STT在反铁磁体的实验理解仍然缺乏,尽管一些相关的理论研究2 -5。在这里,我们报告的实验结果STT对反铁磁耦合亚铁磁体畴壁(DW)运动的影响。我们发现,非绝热STT的行为就像一个交错的磁场,因此可以有效地驱动DW。此外,发现STT的非绝热性参数β明显大于Gilbert阻尼参数α,这不仅挑战了我们对基于铁磁体的非绝热STT的传统理解,而且导致了快速电流诱导的反铁磁DW运动.我们的研究将导致进一步积极探索STT的反铁磁自旋纹理的基础物理的自旋-电荷相互作用,以及有效的反铁磁器件的电控制。
2019-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond spin-orbit torque switching of ferrimagnets
自旋电子学为实现非易失性存储器和逻辑器件提供了一个有效的平台。在这些系统中,数据存储在磁性材料的磁化中,并且磁化在写入过程中切换。在传统的自旋电子器件中,使用具有大约纳秒的磁化动力学时间尺度的铁磁材料,为切换速度设置了限制。提高自旋电子学研究中的磁化反转速度一直是自旋电子学研究的挑战之一。在这项工作中,我们利用超快磁化动力学的亚铁磁材料,而不是铁磁体,我们使用飞秒激光脉冲和光电导Auston开关,以创建皮秒电流脉冲切换亚铁磁。通过反常霍尔和磁光克尔(MOKE)测量,我们证明了强皮秒SOT驱动的亚铁磁GdFeCo的磁化翻转。时间分辨MOKE显示GdFeCo的磁共振频率超过50 GHz,表明自旋动力学速度超过20 ps,SOT开关速度为数十皮秒。我们的工作为非易失性磁存储器和逻辑应用提供了一条实现皮秒操作速度的有前途的路线。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Precession-free domain wall dynamics in compensated ferrimagnets
有效的铁磁自旋电子学的一个基本障碍是磁进动,这从本质上限制了磁织构的动力学。我们证明了当亚铁磁GdFeCo/Pt轨道中的自旋轨道扭矩驱动的DW中的净角动量被补偿(TAC)时,畴壁进动完全消失,并具有记录迁移率。我们使用横向面内场来揭示DW的内部结构,并提供了一个强大的和无参数的TAC测量。我们的研究结果突出了具有多个自旋晶格和减少的净角动量的材料中更快,更有效的动力学机制,有望用于高速,低功率自旋电子学应用。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interactions in thin amorphous ferrimagnetic alloys
Skyrmion可以在具有破缺的反转对称性和手征相互作用的磁性系统中稳定,例如Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用(英语:Dzyaloshinski-Moriya interaction)。此外,亚铁磁材料中的磁矩的补偿可以显著减少磁偶极相互作用,磁偶极相互作用倾向于有利于大的skyrmions。调谐介电常数对于控制skyrmion属性至关重要,在界面处的对称性破缺提供了最大的灵活性。然而,在铁磁体的情况下,很少有研究调查亚铁磁体的界面结晶。本文利用布里渊光散射技术对亚铁磁CoGd薄膜中的晶格进行了系统的研究。我们证明了CoGd帽层的组成,堆栈的对称性和亚铁磁层的厚度控制的能力。的厚度依赖性证实了其界面的性质。此外,磁力显微镜揭示了在室温下在零场下稳定亚100 nm skyrmions的范围内调谐pH 2的能力。我们的工作开辟了新的途径,控制界面的亚铁磁体成核和操纵skyrmions。
2019-11-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Domain wall patterning and giant response functions in ferrimagnetic spinels
介观畴壁现象的操纵已经成为功能器件中设计铁电响应的强有力策略,但其全部潜力尚未在磁性领域实现。我们发现,机械应变样品的Mn $_3$ O $_4$和MnV $_2$ O $_4$表现出条纹状图案的体磁化强度低于已知的磁结构转变,类似于铁电材料中报道的结构域。我们以前的磁力显微镜数据的基础上,我们使用小角度中子散射表明,这些图案延伸到散装,并展示了通过施加磁场和机械应力操纵畴壁的能力。然后,我们将这些域连接回这些材料中报告的极大的磁弹性和磁介电响应函数,直接关联相同晶体上的局部和宏观测量。
2020-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-step transition in a magnetoelectric ferrimagnet Cu2OSeO3
我们报告了一个详细的磁电亚铁磁体Cu 2 OSeO 3的单晶调查使用直流磁化和交流磁化率沿三个主要方向[100],[110]和[111]。我们观察到,在小磁场中,发生两次磁转变,一次在Tc = 57 K,另一次在TN = 58 K。在Tc的非线性磁化率揭示了铁磁成分的出现和低于Tc的磁化强度测量显示场冷却和零场冷却制度之间的分裂。在1000 Oe以上,磁化饱和并且系统处于单畴状态。低于Tc的饱和度的温度依赖性可以很好地描述为m(T)= m(0)[1 -(T/Tc)^2]^β,其中m(0)= 0.56(mu)B/Cu,对应于3-up-1-down构型。在薄单晶上测得的介电常数显示出低于过渡的系统偏差,表明固有的磁电效应。
2012-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhancing Perpendicular Magnetic Anisotropy in Garnet Ferrimagnet by Interfacing with Few-Layer WTe2
铁磁或亚铁磁(FM)薄膜的磁各向异性设计在自旋电子器件中是至关重要的。改变磁各向异性的一种方法是通过FM薄膜的表面。在这里,我们报告出现的垂直磁各向异性(PMA)引起的界面相互作用在异质结构组成的石榴石亚铁磁体,Y3Fe5O12(YIG),和低对称性,高自旋轨道耦合(SOC)过渡金属二硫属化物,WTe2。同时,我们还观察到在WTe2覆盖的YIG区域中吉尔伯特阻尼的增强。界面诱导PMA和吉尔伯特阻尼增强的幅度都没有观察到的WTe2厚度依赖性下降到单个四层,这表明界面相互作用起着关键作用。WTe 2增强FM薄膜中的PMA的能力,结合其先前报道的产生面外阻尼(如自旋扭矩)的能力,使得其对于磁存储器应用是期望的。
2022-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broken intrinsic symmetry induced magnon-magnon coupling in synthetic ferrimagnets
University of Delaware(特拉华大学);Wayne State University(韦恩州立大学)
研究通过合成铁磁体中磁子的混合行为,揭示了被破坏的内在对称性如何诱导磁子-磁子耦合,并通过调节非磁性层厚度控制耦合强度。
2026-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other