Spin relaxation in multilayers with synthetic ferrimagnets
我们证明了一个强大的可调谐性的自旋泵磁阻尼的贡献，在薄膜铁磁自由层与合成亚铁磁体（SFM）的接口，作为一个自旋阱，通过薄铜间隔。该效果强烈依赖于SFM的磁状态，由两个Fe层组成的三层结构通过由Cr间隔物介导的间接交换耦合。随着Cr厚度的增加，SFM状态经历从反平行经由非共线到平行配置的转变。我们可以解释相应的非单调依赖的自旋弛豫在自由层中的调制的纵向自旋输运以及弛豫的横向角动量的SFM。研究结果对设计自旋弛豫可调谐的高速自旋电子器件有一定的参考价值。
2018-06-29 cond-mat.mes-hall
Ultrafast single-pulse all-optical switching in synthetic ferrimagnetic Tb/Co/Gd multilayers
本研究在Tb/Co/Gd多层膜中实现单次全光开关，发现开关阈值与Tb含量无关，且由Co和Gd相互作用主导，磁化在激光激发后首个皮秒内过零。
2023-07-28 cond-mat.mes-hall
Towards high all-optical data writing rates in synthetic ferrimagnets
虽然全光磁化开关与飞秒激光脉冲已经获得了很多的技术兴趣，可达到的最终数据速率几乎没有被调查。最近已经表明，在GdCo合金中的切换事件之后，在7 ps之后到达的第二激光脉冲可以一致地切换磁化。然而，目前还不知道是否同样适用于层状亚铁磁系统，这对应用有很大的希望。在这项工作中，我们调查的最小时间延迟之间的两个后续的开关事件在合成亚铁磁Co/Gd双层膜使用两个飞秒激光脉冲。我们的实验表明，一致的开关所需的最小时间延迟可以低至10 ps。此外，我们证明了工程热扩散远离磁性材料，以及控制激光脉冲功率的重要性。使用建模再现了这种行为，我们发现即使磁化没有完全恢复，也会发生第二次开关。我们进一步证实，热扩散是减少第二开关的时间延迟的关键因素，同时也证实了对激光功率的关键依赖性。
2022-04-04 cond-mat.mes-hall
Modeling ultrafast all-optical switching in synthetic ferrimagnets
基于数值模拟，我们证明了热致磁开关在合成亚铁磁体组成的多层稀土和过渡金属。我们的研究结果表明，确定性的磁化反转发生在一定的阈值温度以上，如果过渡金属原子与稀土原子的比例是足够大的。令人惊讶的是，多层系统的总厚度对开关的发生几乎没有影响。我们进一步提供了一个简单的参数来解释反转过程的温度依赖性。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring terahertz-scale exchange resonances in synthetic ferrimagnets with ultrashort optically induced spin currents
本研究利用飞秒激光产生的自旋电流，在Co/Gd多层膜中激发并调控GHz铁磁共振与THz交换共振，揭示了角动量补偿点附近的频率与振幅变化规律，并用宏自旋模型解释了振幅峰值的成因。
2023-06-19 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Spin-Transfer-Torque Switching of Synthetic Ferrimagnets
自旋电子器件（诸如磁性隧道结（MTJ））的自旋转移矩反转所需的开关速度和写入电流目前阻碍了它们在存储器和逻辑器件中的广泛实现。随着MTJ纳米结构的尺寸按比例缩小到直径数十纳米，这个问题进一步加剧，因为需要更高的磁各向异性材料来满足需要更高切换电流密度的热稳定性要求。在这里，我们提出了一个简单的解决方案，这些问题的基础上合成亚铁磁体（SFM）结构。通常假设，为了实现给定的开关延迟，电流必须超过临界电流一定的系数，因此较高的临界电流意味着较高的开关电流。我们表明，这是不是SFM结构的情况下，可以提供显着降低开关延迟为一个给定的电流密度，即使临界电流增加。这个非直观的结果可以从角动量守恒的要求来理解。我们的结论是，一个20纳米直径的MTJ纳入建议的SFM自由层结构可以在几十个皮秒的时间尺度切换。这种显着的开关速度可以通过采用目前的垂直磁各向异性材料与实验证明的交换耦合强度。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall
Very low critical current density for motion of coupled domain walls in synthetic ferrimagnet nanowires
铁磁纳米线中的畴壁是未来技术的潜在基石，例如赛道存储器，其中畴壁中编码的数据使用自旋极化电流传输。然而，高能效器件的发展受到了启动畴壁运动所需的高电流密度的阻碍。在这里，我们表明，一个显着的临界电流密度的减少，可以实现在CoFe/Ru/CoFe合成亚铁磁轨道的面内磁化耦合畴壁。层之间的反铁磁交换耦合导致简单的Néel壁结构，使用光电发射电子和洛伦兹透射电子显微镜成像，宽度仅为$\sim 100$ ~nm。使用磁输运测量检测到的使这些壁运动的测量临界电流密度为$1.0 \times 10^{11}$ ~Am $^{-2}$，几乎比铁磁耦合的对照样品低一个数量级。理论模型表明，这是由于非绝热驱动的各向异性耦合壁，一种机制，可用于设计有效的畴壁设备。
2017-03-27 cond-mat.mes-hall
Ultrafast demagnetization in a ferrimagnet under electromagnetic field funneling
对提高磁存储器存储的密度、速度和能量效率的追求已经导致了对在超快时间尺度上光学操纵磁性的新方式的探索，特别是在亚铁磁合金中。虽然全光磁化切换在飞秒时间尺度上已经建立，但横向纳米级限制以及因此潜在的磁性元件尺寸的显著减小仍然是一个突出的挑战。在这里，我们采用共振电磁能量泛函等离子体纳米天线的影响铁磁TbCo合金薄膜的退磁动力学。我们演示了如何在谐振光学飞秒泵浦下的Ag纳米环形天线减少整体磁光响应，由于在下面的膜中的退磁高达三倍相比，非谐振照明。我们将这种大幅减少归因于退磁过程的纳米级限制。这是定性支持的电磁模拟，有力地证明了从纳米天线到亚铁磁膜的纳米尺度的光能funterm。这是在这种系统中实现纳米级确定性超快全光磁化开关的第一步和定义性步骤，为开发纳米级超快磁光开辟了一条道路。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast selective mid-infrared sublattice manipulation in the ferrimagnet $FeCr_2S_4$
该研究利用时间分辨磁光克尔效应，通过中红外共振激发 Fe 亚晶格，实现了对铁磁体 $FeCr_2S_4$ 亚晶格磁动力学的选择性操控，并揭示了 Fe 亚晶格的具体贡献。
2025-02-17 cond-mat.mes-hall
Probing Laser-Induced Spin-Current Generation in Synthetic Ferrimagnets Using Spin Waves
几种稀土过渡金属亚铁磁系统在飞秒激光脉冲激发下表现出全光磁化翻转。虽然这种现象是非常有前途的未来光磁数据存储应用，在这些系统中的非本地自旋输运的作用是很少了解。使用Co/Gd和Co/Tb双层，我们隔离的稀土材料所产生的自旋电流的贡献，通过使用的进动动力学，他们激发在相邻的铁磁层作为探针。通过测量太赫兹驻波自旋波以及GHz的均匀进动模式，我们探测这些自旋电流的高频和低频分量。低频均匀模式表明Gd对自旋电流的显著贡献，但不是来自Tb，这与在含Tb系统中实现全光开关的困难一致。太赫兹频率自旋波的测量揭示了稀土产生的自旋电流在亚ps时间尺度上激发动力学的能力。我们目前的建模工作使用的$s$ - $d$模型，有效地再现我们的结果，并允许我们解释的行为的自旋电流的时间分布。
2022-06-22 cond-mat.mes-hall
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
Spin-torque nano-oscillator based on two in-plane magnetized synthetic ferrimagnets
本研究表征了基于强耦合钉扎型与弱耦合非钉扎型两种面内磁化合成亚铁磁体的自旋扭矩纳米振荡器的动力学特性，揭示了二者动力学行为的差异并通过宏自旋方法求解线性化LLG方程给出解释。
2024-02-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultra-low energy threshold engineering for all-optical switching of magnetization in dielectric-coated Co/Gd based synthetic-ferrimagnet
飞秒激光脉冲能够在皮秒时间尺度上切换3d-4f亚铁磁材料的磁性状态。基于这种全光开关（AOS）机制的器件是超快存储器应用的有竞争力的候选者。然而，大部分光能由于从金属薄膜反射以及透射到衬底而损失。在本文中，我们探讨了使用介电涂层，以增加光吸收的磁性金属层的基础上建设性干涉的原则。我们的实验表明，开关能量振荡的介质层厚度以下的光干涉轮廓从理论计算得到的。此外，使用覆盖金属叠层的两个电介质SiO $_2$层，切换阈值通量可以至少减小$80\%$至0.6mJ/cm $^2$，对于$50^2$ nm $^2$的单元尺寸，其缩放至15 fJ的入射能量。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Interface-Controlled Spin-Orbit Torques in Rare-Earth Synthetic Ferrimagnets Probed by Sagnac Magneto-Optics and Harmonic Hall Measurements
Institut Jean Lamour, Université de Lorraine（洛林大学让·拉缪尔研究所）；New York University（纽约大学）
本研究利用Sagnac磁光技术和谐波霍尔测量探究Co/Gd基合成亚铁磁体，明确界面对自旋轨道转矩的调控作用，证实Gd层在转矩产生中的功能，实现低电流密度下的SOT开关，为优化低功耗自旋电子器件提供新平台。
2026-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction in synthetic ferrimagnets
Beihang University（北京航空航天大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）；Université de Lorraine（洛林大学）
本研究通过层间非对称交换偏置场揭示了合成铁磁体中IL-DMI的单向非对称特性，并展示了其与SOT结合产生多电阻状态的潜力，为神经形态计算提供新方向。
2024-03-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Picosecond all-optical switching of Co/Gd based synthetic ferrimagnets
本研究针对基于Co/Gd的合成亚铁磁体的全光磁化开关（AOS）问题，通过理论与实验结合的方法，揭示了Gd层厚度提升AOS能量效率与最大脉冲持续时间的双重机制，为自旋电子-光子混合集成提供了物理依据。
2024-06-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of Coherently Coupled Cation Spin Dynamics in an Insulating Ferrimagnetic Oxide
许多技术上有用的磁性氧化物是亚铁磁绝缘体，其由化学上不同的阳离子组成。在这里，我们研究了不同的磁性阳离子在亚铁磁性NiZnAl铁氧体（Ni $_{0.65}$ Zn $_{0.35}$ Al $_{0.8}$ Fe $_{1.2}$ O $_4$）在连续微波激发下的自旋动力学。具体来说，我们采用时间分辨的X射线铁磁共振分别探测Fe $^{2+/3+}$和Ni $^{2+}$阳离子在不同的亚晶格网站。我们的研究结果表明，旋进阳离子时刻保持刚性，共线配置内$\approx$ 2 $^\circ$。此外，对于铁氧体中的所有磁性阳离子，有效自旋弛豫在$<$ 10%以内是相同的。因此，我们验证了经常假设的“类铁磁”的动力学共振驱动的亚铁磁氧化物，从不同的阳离子的磁矩旋进作为一个连贯的，集体磁化。
2023-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Off-Resonant Manipulation of Spins in Diamond via Precessing Magnetization of a Proximal Ferromagnet
我们报道了当附近的铁磁绝缘体钇铁石榴石被驱动进入进动时，金刚石中氮空位（NV）自旋的操纵。通过光致发光的变化测量的NV自旋极化的变化在幅度上与常规光学检测的磁共振的变化相当，但是依赖于不同的机制，因为它发生在远离NV自旋的磁共振频率的微波频率处。这一观察结果提出了一种新的方法，将铁磁自旋信息转移到顺磁体中，然后将响应转换为鲁棒的光信号。它也为研究纳米尺度下的铁磁性和自旋输运开辟了新的途径。
2014-03-04 cond-mat.mes-hall
Relaxation-free and inertial switching in synthetic antiferromagnets subject to super-resonant excitation
磁存储器件的应用极大地受益于超快、低功耗开关。在这里，我们提出了如何可以有效地实现在纳米尺寸的合成反铁磁体，通过使用平行的平面皮秒范围的磁场脉冲。我们详细的微磁模拟，分析结果的支持下，产生的参数空间，惯性开关和弛豫自由开关可以在系统中实现。我们还讨论了合成反铁磁体的动态开关的优点，特别是，它们的相对低功率开关相比，在单个铁磁粒子。最后，我们展示了如何在系统中的自旋波的激发可以用来显着减少开关后的自旋振荡的实际设备的几何形状。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall
Even-Odd-Layer-Dependent Symmetry Breaking in Synthetic Antiferromagnets
本文结合宏自旋模型与实验研究双层、三层及四层合成反铁磁结构，证明奇偶层数会导致外场下平衡态演化及镜像对称性的本质差异。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties and growth kinetics of Co/Gd bilayers with perpendicular magnetic anisotropy
本研究结合 MOKE、SQUID 实验与沉积及界面感生磁化建模，揭示 Pt/Co/Gd 中居里温度、PMA 和磁补偿受界面质量与 Gd 有限尺寸效应共同调控。
2024-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Ferrimagnetic Interactions in Molecular Quantum Systems
Empa—Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科技研究院）；QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学量子科技与卡弗里纳米科学研究所）；Max Planck Institute of Microstructure Physics（马克斯·普朗克微观结构物理研究所）；Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) & Faculty of Chemistry and Food Chemistry, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学先进电子中心及化学与食品化学学院）；Department of Chemistry, University of Zurich（苏黎世大学化学系）；College of Materials Science and Optoelectronic Technology & Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院及材料科学与工程中心）；Beijing National Laboratory for Molecular Science, CAS Key Laboratory for Organic Solids, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences（中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室及北京分子科学国家实验室）；Department of Chemistry, Biochemistry and Pharmaceutical Sciences, University of Bern（伯尔尼大学生物化学与药学系化学部）
本文通过合成和表征异自旋耦合结构，揭示了纯有机系统中长程铁磁序的实现方法，利用电子隧道谱解析磁激发并提取Heisenberg哈密顿量参数，为设计可调异自旋系统提供了分子平台。
2026-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Chiral spin spiral in synthetic antiferromagnets probed by circular dichroism in x-ray resonant magnetic scattering
铁磁多层膜中的非共线手征自旋织构是纳米磁性研究的前沿，有望用于快速和节能的器件。最近证明的可能性，以稳定这种手性结构的合成反铁磁体（SAF）引起了人们的兴趣，因为他们是免疫偶极场，因此有利于超小纹理的稳定，提高流动性，并避免横向偏转的运动skyrmion限制在一些预见的应用效率。然而，这种具有零净磁化的系统因此难以通过大多数标准技术来表征。在这里，我们报告的磁性SAF纹理的相关参数，这些是它的周期，它的类型（Néel或布洛赫）和它的手性（顺时针或逆时针），可以直接确定使用圆二色性在X射线共振散射（CD-XRMS）在半整数多层布拉格峰在倒易空间。在温度的依赖性的分析下降到40 K，使我们能够解决的问题，此外，在SAF样品中的自旋螺旋的温度稳定性和对称和反对称交换相互作用的温度标度。
2021-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sensitivity of spin-torque diodes for frequency-tunable resonant microwave detection
我们计算的效率与磁性隧道结可以用来作为共振探测器的入射微波辐射通过自旋扭矩二极管效应。我们推导出的表达式是在良好的协议与我们测量的MgO基磁性隧道结与扩展（未图案化）的磁性钉扎层的灵敏度。然而，所测得的灵敏度降低到低于我们的估计为第二组的设备，其中钉扎层是一个图案化的合成反铁磁体（SAF）。我们认为，这种减少可能是由于一个不希望的耦合之间的磁性自由层和蚀刻SAF内的磁性层之一。我们的计算表明，优化的隧道结应实现超过10,000 mV/mW的共振检测灵敏度。
2009-05-12 cond-mat.mes-hall
Aging and passivation of magnetic properties in Co/Gd bilayers
本文研究Pt/Co/Gd三层膜磁性随时间的退化机制，发现覆盖层与Gd的相互混合导致Gd磁化淬灭，并提出采用氮化物覆盖层可有效缓解老化，为合成亚铁磁体的长期稳定性设计提供指导。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fast barrier-free switching in synthetic antiferromagnets
本研究解析求解SAF纳米颗粒的Landau-Lifshitz方程，揭示垂直短磁脉冲诱导的无势垒超快开关机制，并提出低功耗实现方案，估计全光写入能耗约100 pJ。
2024-01-22 cond-mat.mes-hall
Generation of Spin Currents in the Skyrmion Phase of a Helimagnetic Insulator $\mathrm{Cu_2OSeO_3}$
我们报道了螺旋磁绝缘体$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$中微波共振激发的与Skyrmion动力学相关的自旋电流产生。在$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$上制造Pt层，并且在$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$的磁共振下测量Pt层中的电压，以经由Pt中的逆自旋霍尔效应（ISHE）电检测注入的自旋电流。我们发现在$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$的Skyrmion相和亚铁磁相都出现了ISHE感应电动势，这表明磁Skyrmion对自旋泵效应有贡献。
2015-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin polarization of exciton-polariton condensate in a photonic synthetic effective magnetic field
研究了局域激子-极化激元凝聚体的自旋极化。我们证明了一个有效的磁场的存在下，导致椭圆极化凝聚体的形成。我们表明，这个合成领域有一个完全的光子起源，我们相信这是独特的基于CdTe的微腔。此外，在磁性离子样品中局域极化激元凝聚的自旋极化程度取决于非共振激发激光的激发功率或偏振。在外加磁场中，半磁凝聚体自发地产生强的自旋极化。基于磁性离子存在下凝聚体的磁场行为，我们应用一个模型，使我们能够估计的极化激元极化激元相互作用强度在CdTe系统中约。0.8 $μ\text{eV}\!\cdot\!μ\text{m}^2$。
2022-11-04 cond-mat.mes-hall
Dynamic Fingerprints of Synthetic Antiferromagnet Nanostructures with Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
具有界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的合成反铁磁体（SAF）纳米结构可以具有拓扑上不同的自旋纹理，例如skyrmions，因此被认为是自旋电子学和磁振子应用的有希望的候选者。在这里，我们提出了全面的微磁模拟这样的材料系统，并讨论了丰富的相图，包含各种类型的磁配置。除了静态性质，我们进一步讨论了计算的磁态，其中包括个别skyrmions和skyrmionium的共振激发。最后，在磁传感应用的背景下，基于宽带铁磁共振测量的动态指纹的SAF skyrmion团簇的内部模式进行了研究和讨论。
2022-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum transport in coupled resonators enclosed synthetic magnetic flux
量子输运性质有助于理解量子相干输运过程。量子输运的潜在应用是广泛的，在从量子信息科学到量子工程的范围内，并且不限于量子态转移、控制和操纵。在这里，我们研究光传输的环形阵列的耦合谐振腔封闭的合成磁通量。环形配置，与任意数量的谐振器嵌入，形成一个两臂Aharonov-Bohm干涉仪。研究了磁通量对光输运的影响。在等臂干涉仪中，调节磁通量可以实现谐振传输，而半整数磁通量量子化则会导致完全相消干涉和传输零点。
2016-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupled skyrmion breathing modes in synthetic ferri- and antiferromagnets
我们提出了微磁学模拟的动态GHz范围内的共振模式的skyrmions激发的平面外交流磁场或自旋扭矩的原型合成铁和反铁磁三层结构。在计算的功率谱中观察到的特征表现出系统的依赖于各个磁性层之间的耦合强度，并且与纯同相和反相呼吸模式以及呼吸和自旋波模式的杂交有关，所述呼吸和自旋波模式是所考虑的圆形几何形状的特征。这些共振振荡模式的实验检测可以提供一种手段，skyrmion传感应用程序和skyrmion状态的一般表征与反铁磁层间交换耦合的多层堆叠。
2020-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-wave Resonance in Arrays of Nanoscale Synthetic-antiferromagnets
研究涉及的动力学自旋驻波阵列的亚100纳米椭圆合成反铁磁（SAF）纳米盘。我们进行了详细的铁磁共振分析，结合微磁建模，找出几个突出的特点，这样的系统。一条宽线被示出为所考虑的尺寸的SAF的唯一谐振响应。我们证明了这种模式是退化的，它的激发图类似于中心和边缘型振荡的叠加。我们还展示了这种混合激励如何导致几乎两倍的增强模式的形状引起的各向异性。
2023-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The resonant state at filling factor ν = 1/2 in chiral fermionic ladders
螺旋液体已被实验检测到在纳米线和超冷原子链作为强大的自旋轨道相互作用的结果。在这两种情况下，内部的自由度可以被认为是一个额外的空间维度，提供了一个解释，这些系统作为合成阶梯，与人工磁通量确定的自旋轨道条款。在这项工作中，我们描述的螺旋状态出现在填充$ν=1/2$：这种状态是由产生在相应的Luttinger液体的自旋扇区的间隙，它可以被解释为一个分数量子霍尔态的玻色子对费米子的一维（1D）极限。我们研究了它的主要特征，着重于纠缠特性和关联函数。这里开发的技术提供了一个关键的例子，研究类似的准一维系统超出了通常采用的半经典近似的描述的劳克林状态。
2018-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Novel Magnetic Materials for Spintronic Device Technology
本章探讨了新型磁性材料在自旋电子学中的关键作用，详细介绍了多种材料的性质、制备与表征方法，及其在存储、振荡器和类脑计算等领域的应用与未来发展方向。
2025-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
