B20-MnSi films grown on Si(100) substrates with magnetic skyrmion signature
磁skyrmions已被建议作为未来的自旋电子器件的信息载体。B20型MnSi作为第一种实验证实具有Skyrmions的材料，几十年来一直是研究的热点。虽然已经在Si（111）衬底上成功地生长了B20-MnSi薄膜，但是在Si（100）衬底上生长B20-MnSi薄膜的报道还没有，这对于实际应用是更优选的。本文首次报道了在Si（100）衬底上制备B20-MnSi薄膜。这是通过Mn和Si之间的亚秒固态反应通过在环境压力下的闪光灯退火来实现的。与体B20-MnSi相比，再生长层显示出43 K的增强的居里温度。磁skyrmion签名证明在我们的电影中的磁性和运输测量。毫秒级快速退火为硅基Skyrmionic器件的制备提供了一条很有前途的途径。
2021-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Specific heat of the skyrmion lattice phase and field-induced tricritical point in MnSi
我们报告的温度和磁场的比热，C（T，H）的依赖性的高精度测量，整个MnSi的磁相图。明显的异常确定了skyrmion晶格是一个热力学相。比热异常的演化，在相变释放的熵的场依赖性，和温度与场的依赖性的交叉线提供了一个三临界点在340 mT的内部磁场和温度为28.5 K的惊人的证据。这个三临界点的存在代表了helmagnetic Brazovskii转变的有力支持，即，在H = 0处的涨落诱导的一阶跃迁。
2013-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comparison of skyrmion phases between poly and single-crystal MnSi by composite magnetoelectric method
Hebei Normal University（河北师范大学）；Chongqing University（重庆大学）；Chinese Academy of Science（中国科学院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）
本研究采用复合磁电法对比多晶与单晶MnSi的斯格明子相，揭示了晶粒取向、晶界缺陷对相结构、磁电响应及脱钉行为的影响，为拓扑相动力学探测提供新手段。
2022-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Density functional theory study of skyrmion pinning by atomic defects in MnSi
在实验中观察到的手征磁体中的磁skyrmion是一种拓扑保护的自旋织构。由于其独特的性质，如在电流驱动下的高迁移率，skyrmions在下一代自旋电子器件中具有巨大的应用潜力。磁体中自然产生的缺陷对Skyrmions的静态和动态性质有着深远的影响。在这项工作中，我们研究了原子缺陷的skyrmion的密度泛函理论的第一性原理计算的影响，以锰硅为例。通过用不同的元素取代Mn或Si的一个位置，我们可以调节钉扎能。原子缺陷的钉扎效应可以在唯象模型中定性地理解。
2016-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Detailed dynamics of a moving magnetic skyrmion lattice in MnSi observed using a small-angle neutron scattering under an alternating electric current flow
本研究利用小角中子散射详细观察了交流电下MnSi中移动磁斯格明子晶格的动力学，发现低频下晶格发生塑性形变导致反射斑旋转和展宽，而高于阈值频率时振荡消除位错使斑点变锐利，揭示了交流频率对位错密度的控制作用。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic magneto-crystalline coupling of the skyrmion lattice in MnSi
利用磁场-角分辨超声共振谱研究了手征磁体MnSi中晶格和Skyrmion晶格（SKX）之间磁晶耦合的各向异性性质。当磁场与[011]晶向平行时，弹性模量和衰减发生突变。这些观察结果被解释在一个唯象的金斯堡-朗道理论，确定开关的SKX取向的各向异性磁晶耦合电位的结果。我们的论文为与未来自旋电子应用相关的磁晶耦合势的本质提供了新的见解。
2018-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Spincaloric properties of epitaxial Co$_2$MnSi/MgO/Co$_2$MnSi magnetic tunnel junctions
用第一性原理计算研究了半金属Co $_2$ MnSi Heusler电极、MgO隧穿势垒和不同界面终端的外延磁性隧道结的电子输运和旋热性质。提出了一种新的方法spincaloric属性，绕过固有的线性响应近似的塞贝克系数和Sivan和Imry的方法相比。这种方法支持两个电极中的两个不同温度，并提供系统的精确电流和/或电压响应。此外，它占温度依赖的电极和有限偏压效应的化学势。我们发现，特别是前者是重要的获得定性正确的结果，即使化学势的变化很小。它示出了如何spincaloric属性可以定制的生长条件的选择。我们发现一个大的有效和自旋相关的Seebeck系数$-65$ $μ$ V/K在室温下的纯钴终止界面。我们建议在热操作的磁阻随机存取存储器模块，利用磁塞贝克效应，以最大限度地提高热致读出电压使用这样的接口。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Strain in epitaxial MnSi films on Si(111) in the thick film limit studied by polarization-dependent extended x-ray absorption fine structure
利用偏振相关扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）研究了Si（111）衬底上外延MnSi薄膜在厚膜极限（100-500 μ m）范围内的应变状态与薄膜厚度的关系。研究的所有薄膜都是纯相的，并且具有高质量，在MnSi和Si之间具有尖锐的界面。所研究的MnSi薄膜的磁转变温度$T_\mathrm{c}$与体相MnSi的磁转变温度相比，具有与厚度无关的提高值$\geq$ 43~K，其中$T_\mathrm{c} \approx 29~{\rm K}$。EXAFS数据的一个详细的改进表明，Mn的位置是不变的，而Si的位置沿面外[111]-方向变化，交替的取向从晶胞到晶胞。因此，对于厚MnSi膜，晶胞体积基本上是大块MnSi -除了在与Si衬底的界面附近（薄膜极限）。鉴于增强的磁转变温度，我们得出结论，仅仅存在的接口，其特定的特性，强烈影响整个MnSi膜的磁性能，甚至远离接口。我们的分析提供了有关MnSi/Si（111）界面局部应变的宝贵信息。所提出的偏振相关EXAFS方法也可以用来研究其他感兴趣的界面的局部结构。
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Unpinning the skyrmion lattice in MnSi:Effect of substitutional disorder
利用磁化强度和小角中子散射（SANS）测量，我们研究了MnSi 0.992Ga 0.008中Skyrmion晶格（SKL）和螺旋序的行为。我们的结果表明，SKL的顺序对所施加的磁场相对于晶格的方向以及温度和所施加的磁场变化顺序的微小变化很敏感。由较重元素Ga取代Si引起的无序足以减少SKL对下面的晶格的钉扎。这降低了SKL与晶格对准的倾向。当施加的场相对于晶体的高对称轴没有很好地取向时，这种趋势是最明显的，从而导致长距离SKL中的无序，同时保持尖锐的径向有序。我们还研究了在MnSi_（0.992）Ga_（0.008）和Mn_（0.985）Ir_（0.015）Si中，重元素对磁场循环下螺旋畴再取向过程的影响。在这些材料中的重取向过程与字段减少的比较表明，在Mn或Si网站上的重元素的替代创建一个更高的能量势垒的螺旋顺序的重取向和域的形成。
2019-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Giant generic topological Hall resistivity of MnSi under pressure
我们报告详细的低温磁输运和磁化强度的测量下的压力高达$\sim12\,{\rm kbar}$的MnSi。跟踪样品质量的作用，压力变送器，和字段和温度的历史，使我们能够链接到一个巨大的拓扑霍尔电阻率$\sim50\,{\rm nΩcm}$的skyrmion晶格相在环境压力的出现。我们表明，拓扑霍尔电阻率在零温度极限的显着大的尺寸必须是通用的。我们讨论了各种机制，可以导致在环境压力下观察到的温度升高时的信号小得多。
2014-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of Negative Pressure on the Prototypical Itinerant Magnet MnSi
研究了巡游磁性金属MnSi在Si位上Al和Ga替代后磁性和电荷输运性质的演变。我们观察到单位晶胞体积的增加，表明Al和Ga取代产生负化学压力。居里温度和有序矩都有显著的增加，这表明取代使磁性更具局部性。这种取代也增加了温度和磁场的范围，由于磁性特征的变化，skyrmion相是稳定的。在纯MnSi的行为和预期的本征反常霍尔效应，我们发现一个显着的温度依赖性的大小和符号的异常霍尔电导率常数在Al或Ga取代的样品。这种温度依赖性可能反映了自旋轨道耦合强度随温度的变化，这可能对螺旋和skyrmion状态产生重大影响。总的来说，我们观察到一个连续的演变的磁性和电荷输运性质，通过积极的负压力
2017-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Formation of a topological non-Fermi liquid in MnSi
费米液体理论提供了一个非常强大的框架来描述金属中的传导电子及其有序现象，如超导性，铁磁性，自旋和电荷密度波序。另一类令人感兴趣的有序现象涉及到拓扑保护的自旋组态，也就是说，它们的拓扑只能通过迫使平均磁化强度局部为零来破坏。这样的配置的例子是刺猬（所有自旋指向向内或向外的点）或漩涡。一个中心问题是在这种拓扑结构不同的自旋织构的存在下，金属态的性质。在这里，我们报告了一个高压研究的金属状态在边界的skyrmion晶格MnSi，这代表了一种新的形式的磁序组成的拓扑非平凡的涡旋。当长程磁序在压力下被抑制时，斯基尔米恩晶格的关键特征--即与其拓扑绕组相关的涌现磁通量所产生的拓扑霍尔信号--在符号或幅度上不受影响，并成为金属状态的重要特征。拓扑霍尔信号在温度、压力和磁场中的状态与非费米液体电阻率的异常扩展状态一致。在NFL电阻率范围内对这种拓扑霍尔信号的观察表明，具有非平凡拓扑特征的自旋相关性可能会导致纯金属中费米液体理论的崩溃。
2014-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
On Curie temperature of B20-MnSi films
B20型MnSi是原型磁性skyrmion材料。MnSi的薄膜显示出比它们的体对应物更高的居里温度。然而，目前尚不清楚是什么机制导致居里温度的增加。在这项工作中，我们在Si（100）和Si（111）衬底上生长MnSi薄膜，它们的结构有很大的变化。通过控制Mn层厚度和退火工艺参数，获得了多晶织构的纯MnSi相以及MnSi和MnSi1.7的混合相。令人惊讶的是，所有这些MnSi薄膜都显示出高达约43 K的居里温度增加。居里温度可能与我们可获得的结构参数无关，包括阈值以上的膜厚度、应变、单元体积和与MnSi 1.7的混合物。然而，一个明显的声子软化观察到所有样品，这可以暂时归因于轻微的Mn过量从化学计量，导致居里温度增加。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Role of La doping for Topological Hall Effect in Epitaxial EuO Films
报道了La掺杂对分子束外延LaxEu 1-xO薄膜（~ 50 nm）拓扑霍尔效应的影响。当La掺杂量超过0.036时，出现了拓扑霍尔效应，我们认为这是由于磁skyrmion的形成。此外，La掺杂对LaxEu（1-x）O薄膜中Skyrmion的物相、密度和尺寸有重要影响.在La_（0.1）Eu_（0.9）O薄膜上观察到Skyrmion相图的极大值区。随着La掺杂的增加，skyrmion密度增加，而skyrmion尺寸减小。我们的研究结果表明，La掺杂的重要作用，在EuO薄膜中的skyrmions，这可能是重要的海森堡铁磁体中的磁性skyrmions的未来研究。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic skyrmion bubbles in ultra-thin epitaxial Au$_{0.67}$Pt$_{0.33}$/Co/W films
我们研究了超薄外延Au $_{0.67}$ Pt $_{0.33}$ /Co/W体系的磁性对称性和由此产生的磁性织构。作为一个独特的功能，C $_\mathrm{2v}$晶体的对称性引起的Co/W界面在钴层中的额外的单轴面内磁各向异性。具有磁灵敏度的光电子发射显微镜揭示了自组织磁条畴的形成，其取向平行于硬面内磁化轴。我们将这种行为归因于沿该轴取向时较低的畴壁能量，其中，双晶和面内磁各向异性都有利于Néel畴壁配置。各向异性的畴壁能量也导致在弱的面外磁场中形成椭圆形Skyrmion泡。
2020-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ge-substitution on Magnetic Properties in the Itinerant Chiral Magnet MnSi
研究了Ge替代对常压下熔炼和退火制备的B20巡游手征磁体MnSi中磁有序的影响。从冶金学角度分析，Ge的溶解极限为$x=0.144(5)$，退火温度为$T_\mathrm{an} = 1073$ K。对MnSi $_{1-x}$ Ge $_x$样品的磁化强度测量表明，螺旋有序温度$T_{\mathrm{c}}$在低浓度$x$范围内迅速升高，而在高浓度$x>~0.1$时达到饱和. Ge取代还将饱和磁化强度$M_\mathrm{s}$和临界场两者增加到全极化状态$H_\mathrm{c2}$。与$T_\mathrm{c}$的饱和行为相反，这些参数线性增加到所研究的最高Ge浓度。在温度-磁场相图中，我们发现大的$x$样品的Skyrmion相区扩大。此外，我们观察到的非线性行为的螺旋调制矢量$k$作为锗浓度的函数，这可以定性地描述使用平均场近似。
2019-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermally Driven Ratchet Motion of Skyrmion Microcrystal and Topological Magnon Hall Effect
自发涌现的手性是自然科学中一个非常重要的问题。有人认为，单向（手性）旋转的机械棘轮是禁止在热平衡，但成为可能的系统平衡。在这里，我们报告我们的发现，一个拓扑非平凡的自旋纹理称为skyrmion -一个粒子状的对象，其中自旋指向所有方向包裹一个球体-构成这样的棘轮。用Lorentz透射电子显微镜观察了Cu_2OSeO_3和MnSi薄膜中的Skyrmion晶体，发现它们在微米尺度上呈单向旋转运动。基于随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，在存在温度梯度的情况下，这种旋转仅仅是由热涨落驱动的，而在热平衡下，这种旋转是被Bohr-van Leeuwen定理所禁止的。我们发现，由skyrmion的有效磁场驱动的磁振子的旋转流引起的skyrmion旋转，因此表明磁振子可以用来控制这些自旋纹理的运动。
2015-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Intrinsic mixed Bloch-Néel character and chirality switch of skyrmions in asymmetric epitaxial trilayer
在铁磁和非磁性材料的交替原子层组成的系统中，手性磁化结构的稳定和操纵方面的最新进展有望在自旋电子学技术中实现创新。系统的低维度促进了自旋轨道驱动的界面效应，如反对称Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions）和表面磁各向异性，其相对强度可以被调节以实现具有固定手性的稳定纳米尺寸的磁性物体。虽然在大多数情况下，这是通过工程复杂的多层堆叠，其中层间偶极场变得重要，我们在这里考虑一个简单的外延三层，其中的铁磁体，具有可变的厚度，嵌入在重金属和石墨烯之间。后者增强了系统的垂直磁各向异性，促进了Rashba型自旋，并且可以维持很长的自旋扩散长度。我们使用一个层分辨的微磁模型（LRM）来描述的磁化纹理和他们的手征。我们的结果表明，对于厚度大于3.6 nm的Co，具有逆时钟手征的本征混合布洛赫-内尔特征的skyrmion在整个（单个）Co层中稳定。值得注意的是，对于大于5.4 nm的厚度，skyrmion切换其手性，从逆时针到顺时针。
2019-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust Zero-Field Skyrmion Formation in FeGe Epitaxial Thin Films
B20相磁性材料，例如FeGe，近年来受到了极大的关注，因为它们能够实现磁skyrmion，这可能导致低能量成本的自旋电子应用。在这个新兴领域的一个主要努力是在室温和零外部磁场下稳定skyrmions。本文报道了用双真空离轴溅射法在Si（111）衬底上生长纯相FeGe外延薄膜。通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜证实了FeGe薄膜的高结晶质量。霍尔效应测量表明，在扣除正常和反常的霍尔效应后，FeGe薄膜具有很强的拓扑霍尔效应，表明在5 ~ 275 K温度范围内，FeGe薄膜中形成了高密度的Skyrmion.特别地，在零磁场下观察到大量的拓扑霍尔效应，示出了不需要外部磁场的鲁棒的skyrmion相位。
2016-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Elasticity in the skyrmion phase unveils depinning at ultra-low current densities
纳米级稳定磁性物体的受控运动已被提出作为新一代磁存储设备的基础。磁skyrmions，涡旋状自旋纹理稳定的拓扑结构是特别有前途的候选人，这项技术。它们的纳米尺寸和响应于比引起磁畴壁运动所需的电流密度低几个数量级的电流密度而移位的能力表明它们对于可以在低功率下操作的高密度存储器器件的潜力。然而，为了实现这一点，需要控制skyrmion运动，其中一个关键问题涉及skyrmion与底层原子晶格和无序（钉扎）的耦合。在这里，我们使用共振超声光谱（RUS），一种对弹性性质变化高度敏感的探针，揭示了原型skyrmion材料MnSi中skyrmion弹性和脱钉的新情况。在MnSi中，skyrmions形成晶格，其导致作为磁晶耦合的结果的原子晶格的弹性性质的显著变化。在没有外加电流的情况下，底层晶格的剪切模量和压缩模量在skyrmions形成的场温度范围内表现出突然的变化。当电流密度超过$j_c^*$时，弹性性质的变化消失，表明skyrmion和原子晶格的退耦。有趣的是，$j_c^*$，我们确定为skyrmion脱钉的开始，是约20倍小于$j_c$先前通过非线性霍尔效应测量。我们的研究结果表明，存在一个以前未检测到的中间动态政权可能占主导地位的skyrmion蠕变运动与潜在的应用程序的重要后果。
2017-11-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Chiral Bobbers and Skyrmions in Epitaxial FeGe/Si(111) Films
我们报告的实验和理论证据形成手性bobbers -一个界面拓扑自旋纹理-在FeGe薄膜生长的分子束外延（MBE）。在通过Lorentz透射电子显微镜和拓扑霍尔效应确定FeGe/Si（111）薄膜样品中Skyrmion的存在后，我们进行了磁化测量，揭示了薄膜厚度与磁化率斜率（d \c{hi} /dH）之间的反比关系。我们提出了作为膜厚度L的函数的演化的证据，从Skyrmion相（L < LD/2）到锥相（L > LD/2），其中LD ~ 70 nm是FeGe节距长度。我们表明，使用微磁学模拟的手性bobbers，较早预测为亚稳态，实际上是稳定的基态中存在的额外的界面Rashba Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（ESTA）。
2018-04-15 cond-mat.mtrl-sci
How to measure the local Dzyaloshinskii Moriya Interaction in Skyrmion Thin Film Multilayers
在$10^6$ A/m量级的电流密度下，MnSi和FeGe薄化单晶中Skyrmion的电流驱动运动可以开始，比磁畴壁的电流密度小5个数量级。将这些结果复制到薄膜中的技术关键步骤迄今尚未成功，但原因尚不清楚。阐明它们需要在几个纳米尺度上分析系统特性，其中关键的Dzyaloshinskii Moriya（DM）相互作用各不相同，并且在接近应用条件下这样做，即在室温下的氧化保护系统。在这项工作的磁力显微镜（MFM）的磁控溅射的Ir/Co/Pt多层膜的研究，我们显示skyrmions比以前观察到的更小，不是圆形对称的，并钉扎到50 nm宽的区域比平均DM相互作用高出75%。这一发现与我们测量的Co层厚度不均匀性的顺序为$\pm$ 1.2原子单层每0.6 nm层相匹配，并表明必须以更高的精度控制层的平坦度，以排除skyrmion钉扎。
2016-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Inducing a Tunable Skyrmion-Antiskyrmion System through Ion Beam Modification of FeGe Films
本研究通过2.8 MeV Au⁴⁺离子不同注量辐照外延B20相FeGe薄膜调控无序结构，构建出可调谐斯格明子-反斯格明子系统，观测到对应双峰特征的强拓扑霍尔效应，为相关器件研发和理论验证提供了实验平台。
2024-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unified Theory of Magnetoelastic Effects in B20 chiral magnets
磁skyrmion是一种自旋涡旋，具有拓扑保护和对电流的高迁移率。手性磁体中的固有磁弹性耦合允许使用机械载荷操纵磁性skyrmion及其晶格，这对于开发未来的自旋电子学器件是必不可少的。实验中发现，Skyrmion的稳定性和变形对应力敏感，而磁性Skyrmion的出现反过来又对底层材料的力学性能产生显著影响。然而，一个理论，解释这些相关现象在一个统一的框架内是看不到的。在这里，我们构建了一个热力学模型的B20 helimagnets纳入磁弹性泛函所需的高阶相互作用的群论。在该模型中，我们建立了计算温度-磁弹耦合场作用下螺旋磁体相图和平衡性质的方法。将该模型应用于体硅锰合金，计算了无应力条件下的温度-磁场相图以及单轴压缩时温度-磁场的变化。计算了所有弹性常数随磁场的变化。所得结果与相应的实验定量一致。该模型为进一步研究手征磁体中的磁弹性相关现象提供了可靠的理论基础。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological stability versus thermal agitation in a metastable magnetic skyrmion lattice
当热扰动足够低时，拓扑稳定的物质可以具有长的寿命，即使在成本上是昂贵的。磁性Skyrmion晶格（SkL）代表了一种独特形式的长程磁序，它在拓扑上是稳定的，因此可以形成长寿命的亚稳态SkL。然而，在大块晶体中对SkL的实验观察大多局限于有限且狭窄的温度区域，在该温度区域中SkL是热稳定的;因此，拓扑稳定性的益处仍然不清楚。在这里，我们报告了一个亚稳态的SkL通过淬火一个热稳定的SkL。MnSi的霍尔电阻率测量表明，虽然亚稳态SkL在高温下寿命短，但在低温下寿命延长（>> 1周）。热搅动和拓扑稳定性之间的微妙平衡的操纵使得能够通过利用电加热和随后的快速冷却来确定性地创建/湮灭亚稳态SkL，从而建立了一种控制SkL形成的简便方法。
2015-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in ultra-thin epitaxial Au/Co/W(110)
我们利用布里渊光散射光谱分别测量了面外磁化Au/Co/W（110）的面内磁晶各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya Interaction，DZYR）。我们发现，沿体心立方$[\bar{1}10]$方向的抗弯强度比沿体心立方$[001]$方向的抗弯强度大2-3倍。我们使用分析的考虑来说明堆叠的晶体对称性和微观晶体的各向异性之间的关系。这种各向异性的双折射是在具有$C_{2v}$对称性的薄膜系统中实现孤立的椭圆Skyrmions或反Skyrmions的第一步。
2017-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin polarized STM imaging of nanoscale Néel skyrmions in an SrIrO3/SrRuO3 Perovskite Bilayer
自旋极化扫描隧道显微镜（SPSTM）被用来直接成像纳米级Néel skyrmions在SrIrO 3/SrRuO 3双层系统，是迄今为止在任何系统中报道的最小的。离轴磁控溅射被用来盖外延膜的氧化物铁磁体SRO与2个单位电池的SrIrO 3，旨在提供界面自旋轨道耦合。原子分辨率STM成像和隧道光谱被用来识别岛状SrIrO 3晶粒和小区域的裸SrRuO 3。孤立的skyrmions只观察到SrIrO 3覆盖的区域的膜，并表现出的平均直径为3 nm的大小和形状的分布。我们发现，skyrmions必须完全包含在内，但可能小于，任何给定的SrIrO 3区域。此外，skyrmions观察到SrIrO 3岛的不同厚度的SPSTM对比度没有损失，这表明磁纹理位于SrIrO 3岛，而不是下面的铁磁SrRuO 3。密度泛函理论计算表明，这可能是由于一个小的感应磁矩与IrO层在SrIrO 3膜。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large unconventional anomalous Hall effect far above room temperature in epitaxial Fe$_3$Ga$_4$ films
本文报道在外延Fe$_3$Ga$_4$薄膜中发现远高于室温、低磁场下稳定的大非传统反常霍尔效应，其源于场诱导横向锥形螺旋相的涨落驱动标量自旋手性，为自旋电子器件提供了罕见的候选材料。
2025-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial growth and magnetic phase transitions in non-centrosymmetric EuPdSi$_3$ thin films
Goethe University Frankfurt（法兰克福歌德大学）；Johannes Gutenberg University（约翰内斯·古腾堡大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究中心）
本文研究了非中心对称的EuPdSi$_3$薄膜的外延生长及其磁相变，通过分子束外延在MgO(001)基底上制备了首个EuPdSi$_3$外延薄膜，并发现其具有稳定的磁矩和非共线磁态，如Neél型Skyrmions和环状磁相。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci
An Atomically Tailored Chiral Magnet with Small Skyrmions at Room Temperature
研究通过原子层MBE技术开发含过量Fe的外延FeGe薄膜，在室温下实现了尺寸小至15 nm的稳定磁性斯格明子，为低功耗高密度存储开辟了新途径。
2023-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Octahedral Tilt Controlled Topological Hall Effect in Epitaxial and Freestanding SrRuO3/SrIrO3 Heterostructures
本研究通过外延剥离技术制备独立SrRuO3/SrIrO3异质结，利用第一性原理计算和微磁模拟揭示氧八面体倾转控制Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，从而在宽温域内稳定Néel型斯格明子并诱导拓扑霍尔效应。
2023-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Growth and Domain Structure Imaging of Kagome Magnet Fe$_3$Sn$_2$
具有可果美晶体结构的磁性材料具有丰富的物理性质，如阻挫磁性、Skyrmion形成、拓扑平带和Dirac/Weyl点。直到最近，大多数关于可果美磁体的研究都是在大块晶体或多晶薄膜上进行的。本文报道了用原子层分子束外延法合成高质量的拓扑型可果美磁体Fe $_3$ Sn $_2$外延膜。外延Pt（111）上的Fe $_3$ Sn $_2$的结构和磁性表征确定了具有c面取向和面内磁易轴的高度有序的膜。局部磁结构的异常能斯特效应成像的研究揭示了在平面取向的微米尺寸的域。通过原子层分子束外延实现高质量薄膜打开了探索该系统的丰富物理的大门，并通过将Fe $_3$ Sn $_2$与其他材料连接来研究新的自旋电子现象。
2021-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Giant topological Hall effect in epitaxial Ni$_{80}$Fe$_{20}$/La$_{0.65}$Sr$_{0.35}$MnO$_3$ thin film heterostructures
本研究在Py/LSMO外延薄膜异质结中观测到室温巨拓扑霍尔效应，揭示其源于界面Rashba相互作用与类斯格明子结构，为自旋电子器件应用提供了新的材料体系。
2025-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Doping-induced magnetism in the semiconducting B20 compound RuGe
RuGe是一种抗磁性的小带隙半导体，CoGe是一种半金属半导体，与近藤绝缘体FeSi和Skyrmion晶格宿主MnSi都是同构的。本文研究了Co掺杂RuGe：Ru $_{1-x}$ Co $_x$ Ge的磁性和输运性质。对于小值的$x$，磁基态出现与$T_{c}\approx$ 5 $-$ 9 K，这是伴随着适度的电阻率和塞贝克系数，表明电子类载流子的降低。的磁化强度，磁阻，和比热容都类似于Fe $_{1-x}$ Co $_x$ Si类似的Co取代水平，这表明Ru $_{1-x}$ Co $_x$ Ge主机同样有趣的磁性和载流子传输性能。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Mixing Effect in a Promising Skyrmionic Material: Ferrimagnetic Mn$_4$N
元素的界面混合是在薄膜沉积中发现的公知现象。对于薄膜磁性异质结构，界面组成的不均匀性可以对所得的功能产生剧烈的影响。因此，必须小心表征预期用于器械的薄膜的组成和磁性。近年来，亚铁磁性Mn $_4$ N薄膜由于具有垂直磁各向异性、高畴壁迁移率和良好的热稳定性而引起了人们的广泛关注。在这项研究中，我们采用X射线光电子能谱学（XPS）和极化中子反射仪（PNR）测量，以研究在450 $^{\circ}$ C外延生长的MgO/Mn $^{\circ}$/Pt三层膜的界面。XPS显示在两个界面处的元素混合区域的厚度为近5 nm。使用PNR，我们发现，这些接口表现出基本上为零的净磁化强度在室温下。尽管在450 $^{\circ}$ C的高温沉积，混合区域的厚度与在室温下沉积的磁性膜中观察到的厚度相当。微磁模拟表明，这种界面混合不应该阻止小skyrmions的强大形成，与最近的实验一致。所获得的结果是令人鼓舞的潜力集成到未来的自旋电子器件的热稳定的Mn $_4$ N。
2022-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Hall Topological Hall Effect in Highly Tunable Pt/Ferrimagnetic-Insulator Bilayers
拓扑磁纹理，如skyrmions的电检测目前仅限于导电材料。虽然磁性绝缘体为Skyrmion技术提供了高速和低损耗的关键优势，但它们尚未被电探索。在这里，我们报告了一个突出的拓扑霍尔效应在Pt/Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$双层，其中原始的Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$外延膜的厚度下降到1.25单位电池允许调谐拓扑霍尔稳定性在很宽的范围内从200到465 K通过原子尺度的厚度控制。虽然Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$是绝缘的，我们证明了通过一种新的现象：“自旋霍尔拓扑霍尔效应”（SH-THE），其中界面自旋轨道扭矩允许自旋霍尔效应产生的自旋在Pt中经历独特的拓扑结构的底层skyrmions在Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$的拓扑磁纹理的检测。这种新颖的电检测现象为在未来的skyrmion技术中利用大家族的磁性绝缘体铺平了新的道路。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci
The interplay of large two-magnon ferromagnetic resonance linewidths and low Gilbert damping in Heusler thin films
我们报告的宽带铁磁共振线宽测量外延赫斯勒薄膜。一个大的和各向异性的两个磁振子散射线宽展宽的测量与位于膜平面的磁化，而垂直于样品平面的磁化饱和的线宽测量揭示低吉尔伯特阻尼常数的$(1.5\pm0.1)\times 10^{-3}$，$(1.8\pm0.2)\times 10^{-3}$，和$<8\times 10^{-4}$为Co $_2$ MnSi/MgO，Co $_2$ MnAl/MgO，和Co $_2$ FeAl/MgO，分别。面内测量拟合的模型相结合的吉尔伯特和两个磁振子散射贡献的线宽，揭示了一个特征的无序长度尺度为10-100 nm。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional electron-gas-like charge transport at magnetic Heusler alloy-SrTiO$_3$ interface
我们报道了在（001）SrTiO $_3$上生长的Co $_2$ MnSi和Co $_2$ FeSi外延膜中显著低的剩余电阻率、巨大的剩余电阻率比、类自由电子霍尔电阻率和高迁移率（$\approx$ 10 $^4$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）电荷输运。这种不寻常的行为是没有观察到的薄膜沉积在其他立方氧化物基板的晶格参数相当。缩放的电阻率与膜的厚度允许提取的界面电导，这可以归因于一层氧空位限制在1.9 nm的界面内，如原子分辨电子显微镜和光谱所揭示的。在完全自旋极化金属的界面处观察到的高迁移率输运对于自旋电子学应用具有潜在的重要性。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the hump anomalies in the Hall resistance loops of ultrathin SrRuO$_3$/SrIrO$_3$ multilayers
在SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$外延双层膜中可以形成非常小的Néel skyrmions，并且在栅控器件中可以利用电场效应来操纵这些skyrmions，这极大地促进了最近对SrRuO $_3$异质结构的研究.强的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，结合反转对称性的破缺，被认为是SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜中skyrmion形成的驱动力.在这里，我们研究了名义上对称的异质结构，其中一个铁磁SrRuO $_3$层被夹在大的自旋-轨道耦合SrIrO $_3$层，其中的条件是不利于出现净界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。以前的skyrmions的形成在不对称的SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层推断从异常霍尔电阻回路显示类似拓扑霍尔效应贡献的驼峰状功能。对称的SrIrO $_3$ /SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$三层膜在霍尔环中不显示驼峰异常。然而，对称多层膜的异常霍尔电阻环（其中三层膜多次堆叠）确实表现出类似于非对称SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜的驼峰状结构。霍尔效应环异常的起源可能存在于不可避免的差异，在电子和磁性的个别SrRuO $_3$层，而不是在形成的skyrmions。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of a topological Hall effect in Eu$_{1-x}$Sm$_x$TiO$_3$
我们报告的观察可能的拓扑霍尔效应在薄膜的巡游铁磁体Eu 1-xSmxTiO 3。采用分子束外延技术生长了EuTiO_3和Eu_（0.955）Sm_（0.045）TiO_3薄膜。EuTiO 3薄膜是绝缘的。Eu 0. 955 Sm 0. 045 TiO 3薄膜的霍尔电阻率在居里温度低于5 K时表现出反常的霍尔效应，在2 K时还表现出其它特征。结果表明，这些功能是磁性的起源和拓扑霍尔效应与拓扑非平凡的自旋纹理，如skyrmions的材料系统中看到的一致。结果开辟了有趣的可能性，结合拓扑磁状态，可调载流子密度，和其他现象的外延混合异质结构。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering Dzyaloshinskii-Moriya interaction in B20 thin film chiral magnets
手性磁性Mn $_x$ Fe $_{1-x}$ Ge化合物具有反对称交换相互作用，其可通过锰的化学计量分数$x$来调节。虽然已经生产出了毫米级的多晶块状样品，但这些材料的薄膜版本将是设备所必需的。在这项研究中，我们展示了外延Mn $_x$ Fe $_{1-x}$ Ge薄膜的生长在Si（111）衬底上的纯B20晶体结构的化学计量分数范围x从0到0.81。系统的物理和磁性表征，包括微波吸收光谱，我们量化的反对称交换相互作用和螺旋周期作为$x$的函数，其范围从200 nm到8 nm。我们的研究结果展示了一种方法来工程的磁性skyrmions在外延膜的大小，使用可扩展的技术。
2018-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Disorder-broadened topological Hall phase and anomalous Hall scaling in FeGe
University of Washington（华盛顿大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）；University of Nebraska-Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）
本研究通过不同注量Ne⁺离子辐照调控FeGe薄膜缺陷，发现无序可展宽拓扑霍尔相温区、增强信号，并改变反常霍尔效应标度机制，为调控斯格明子器件性能提供了方法。
2025-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Structural Properties and Recrystallization Effects in Ion Beam Modified B20-type FeGe Films
本研究通过2.8 MeV Au$^{4+}$离子辐照外延B20相FeGe薄膜引入非晶化区域以调节无序度，并结合原位退火与JMAK模型分析再结晶动力学，实现了对skyrmion-antiskyrmion系统的可调控性。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelastic coupling induced magnetic anisotropy in Co$_2$(Fe/Mn)Si thin films
本文报道了外延应变对生长在（001）SrTiO $_{2}$（STO）和MgO上的CoPDMATHABMM FeSi（CFS）和CoPDMATHABMM MnSi（CMS）Heusler合金薄膜单轴磁各向异性的影响。面内双轴应变易于通过改变STO上的膜的厚度来调谐，而在MgO上，膜显示面内易磁化轴（\overrightarrow{M}）而与它们的厚度无关。在Stoner-Wohlfarth相干旋转模型下对STO薄膜的磁自由能泛函进行了变分分析，结果表明，STO薄膜存在磁弹性各向异性，其磁致伸缩常数为$\approx$（12.22 $\pm$ 0.07）$\times 10^{-6}$和（2.02 $\pm$ 0.06）$\times 10^{-6}$，除了CFS和CMS固有磁晶各向异性$\approx$-1.72 $\times 10^{6}$ erg/cm $^{3}$和-3.94 $\times 10^{6}$ erg/cm $^{3}$之外，分别单畴相图揭示了一个逐渐过渡，从面内到面外的磁化取向与薄膜厚度的减少。预测STO上最薄（12 nm）CFS膜的磁化强度最大倾斜角为41.5 $^{\circ}$。STO上较薄薄膜中\overrightarrow{M}的独特行为归因于应变诱导的四元畸变。
2013-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Bulk Ferroelectric Heterostructures for High Temperature Lead-Free Piezoelectrics
研究提出利用阳离子扩散合成具有周期性成分波动的块体铁电异质结构（BFH），实现创纪录的824°C居里温度和115 pC N-1压电系数，为高温无铅压电应用提供新方案。
2025-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Inhomogeneous ferromagnetism mimics signatures of the topological Hall effect in SrRuO$_3$ films
磁性材料中的拓扑输运现象是当前凝聚态研究的一个重要课题。研究最广泛的现象之一是"拓扑霍尔效应“（THE），它是通过传导电子和拓扑自旋结构（如skyrmions）之间的自旋轨道相互作用产生的。我们报告了一套全面的霍尔效应和磁化测量外延膜的原型铁磁金属SrRuO $_3$的磁性和输运性质的系统调制通过改变Ru空位的浓度。我们观察到的霍尔效应异常，非常类似的签名的THE，但定量分析表明，它们导致的非随机分布的Ru空位所造成的铁磁磁化的不均匀性。由于这种不均匀性是难以避免的，很少独立的特点，我们的研究结果提出了问题，在许多先前的量子材料，异质结构和设备的传输研究的拓扑自旋纹理的识别。关于这种纹理的存在的坚定的结论必须满足严格的条件，如探针直接耦合到原子尺度上的非共线磁化。
2020-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Detection of the Chiral Spin Structure in Ferromagnetic SrRuO$_3$ Thin Film
SrRuO $_3$（SRO）薄膜及其异质结构由于具有拓扑霍尔效应和Skyrmions等独特的性质而引起人们的广泛关注。理解这些SRO性质的关键是自旋构型的研究。在这里，我们进行共振软X射线散射（RSXS）在氧的K-边，以调查的自旋配置的4晶胞SRO薄膜，外延生长在单晶SrTiO $_3$。在磁场（~0.4特斯拉）下的RSXS信号清楚地示出了围绕镜面反射的磁二向色性图案。对RSXS信号的模型计算表明，磁二向色性图案起源于该SRO薄膜中的Néel型手性自旋结构。我们相信，所观察到的自旋结构的SRO系统是一个关键的信息，了解其有趣的磁性和输运性质。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Angular dependence of Hall effect and magnetoresistance in SrRuO$_3$-SrIrO$_3$ heterostructures
Percent SrRuO $_3$是一种典型的巡游铁磁体，它允许其电子和磁性的界面工程。我们报告的合成和调查的原子平面人工多层膜的SrRuO $_3$与自旋轨道半金属SrIrO $_3$结合带结构计算与哈伯德$U$长期和拓扑分析。它们揭示了界面附近的电子重建和平坦Ru-4d $_{xz}$带的出现，铁磁层间耦合和负Berry曲率对异常霍尔效应的贡献。我们分析的霍尔效应和磁阻测量作为一个函数的场角从平面外朝向平面内的取向（平行或垂直于电流方向）的两个通道模型。对于低磁场，易磁化方向从样品法线倾斜约$20^\circ$，通过增加磁场而朝向面外方向旋转。全应变外延生长使得磁阻的各向异性强。一个额外的霍尔效应的贡献，不占的双通道模型是兼容的稳定skyrmions只有一个临界角大致$45^\circ$从样品正常。在约$20^\circ$从薄膜平面的一个额外的峰状贡献的霍尔效应表明，一个非平凡的自旋结构的形成。
2021-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Stabilization of magnetic bubbles in [Ni/Co]$_{n}$ multilayers on an oxygen-reconstructed Nb(110) surface via an ultra-thin Cu interlayer
本研究在保留 Nb(110) 氧化物表面重构的前提下，通过单原子层 Cu 中间层促进有序 [Ni/Co]$_{n}$ 多层膜外延生长，并用 SPLEEM 直接观测到小至 450 nm 的面外磁泡。
2025-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Correlating the nanoscale structural, magnetic and magneto-transport properties in SrRuO3-based perovskite oxide ultra-thin films
我们研究了裸SrRuO $_3$（SRO）超薄膜和SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$/SrZrO $_3$的结构和磁性通过比较磁光克尔效应（MOKE）和磁输运的宏观数据，在10 K和80 K之间（SRO/SIO/SZO：RIZ）三层异质结构（反常霍尔效应：AHE），当应用非接触式扫描力显微镜（nc-SFM）和磁力显微镜（MFM）时具有纳米级指纹。SRO和RIZ超薄膜在65 ℃下外延生长在相邻的SrTiO $_3$（100）单晶衬底上，标称厚度分别为4和4/2/2晶胞（uc）。我们的相关分析允许关联的地形样本功能的过度生长的个别层，他们的剩余磁化强度，如这里所示的是相关的解释宏观AHE数据。虽然在AHE的驼峰状功能表明磁extraed skyrmion相存在约55 K的拓扑霍尔效应（THE），我们的MOKE和MFM数据不能支持这一理论。相比之下，我们的SFM/MFM局部尺度分析发现，局部矫顽场强烈依赖于SRO和RIZ样品中的有效层厚度和化学计量比，对局部能带结构产生巨大影响。事实上，正是这些变化反过来通过AHE电阻率回路中的异常来模拟潜在的THE。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emergence of a spin Hall topological Hall effect in the non-collinear phase of the ferrimagnetic insulator terbium-iron garnet
Institute of Physics, Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）；Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons (ER-C-1), Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心格恩斯特·鲁斯卡电子显微与光谱中心（ER-C-1））；Center for Quantum Spintronics, Department of Physics, Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学量子自旋电子学中心）
研究揭示了在铁磁绝缘体铽-铁石榴石的非列线相中，非列线多域态与旋磁拓扑霍尔效应信号的出现和消失之间的关联，表明了拓扑非平凡贡献对霍尔响应的影响。
2026-02-12 cond-mat.mtrl-sci
