Topological Defect Mediated Helical Phase Reorientation by Uniaxial Stress
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；Southeast University（东南大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
通过单轴应力调控拓扑缺陷，实现螺旋相重取向，揭示应变诱导磁性重构的机制，为低能耗磁性纳米相控制提供新方法。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall
Dynamic strain-mediated coupling of a single diamond spin to a mechanical resonator
混合量子系统的发展对于新兴量子技术的进步至关重要，包括量子信息科学和量子辅助传感。最近的高品质单晶金刚石谐振器的演示导致了显着的兴趣，在一个混合系统组成的氮空位中心自旋，通过晶体应变与宏观机械谐振器的共振声子模式相互作用。然而，氮空位自旋应变相互作用还没有得到很好的表征。在这里，我们展示了动态的，应变介导的耦合的机械运动的金刚石悬臂嵌入氮空位中心的自旋。通过对自旋的量子控制，我们定量地描述了氮空位基态自旋的轴向和横向应变灵敏度。氮空位中心是一个原子尺度的传感器，我们展示了基于自旋的应变成像与应变灵敏度为3 10^（-6）Hz^（-1/2）。最后，我们展示了如何使这种自旋共振器系统的相干自旋声子相互作用的量子制度。
2014-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strain-induced frequency pulling in CoFeB/Cu/Py double-vortex oscillators
本研究在CoFeB/Cu/Py堆叠双涡旋结构中观测到应变诱导的频率牵引效应，揭示了间隔层厚度对耦合涡旋频率偏移的调控规律，为自旋电子振荡器的动力学与同步调控提供了新的应变自由度。
2024-07-13 cond-mat.mes-hall
Electric-field-induced strain-mediated magnetoelectric effect in CoFeB-MgO magnetic tunnel junctions
磁偶极子和电偶极子之间的磁电耦合是现代物理学发展最节能的磁数据存储的基石之一。传统上，磁电耦合是在单相多铁性或磁电复合纳米结构组成的铁磁和铁电/压电材料。本文利用动态磁电和压电响应力显微测量技术，研究了非压电材料的CoFeB/MgO磁性隧道结中的电场诱导应变介导磁电效应。研究表明，外加电场在介电MgO的几个原子层中引起应变，应变被转移到磁致伸缩CoFeB层，导致在-0.5 V下的幅度高达80.8 V cm-1 Oe-1的磁电效应。在磁性隧道结中利用电场介导的磁电效应是朝向探索磁电控制的自旋电子器件的重要一步，低功率和高密度磁数据存储应用。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-mediated spin-orbit torque switching for magnetic memory
自旋轨道力矩（SOT）代表了控制磁存储器件中磁化的能量有效方法。然而，确定性地切换垂直存储器位通常需要施加额外的偏置场以破坏横向对称性。在这里，我们提出了一种新的方法，无场确定性的垂直开关使用应变介导的SOT开关方法。应变引起的磁弹性各向异性破坏了横向对称性，并且由此产生的磁弹性破坏是可控的。采用有限元模型和宏自旋模型对应变介导的SOT开关机制进行了数值模拟。结果表明，相对小的电压（${\pm}0.5$ V）以及适度的电流（$3.5 \times 10^{7} A/cm^{2}$）可以产生180°的垂直磁化反转。切换方向（向上或向下）由施加到磁致弹性/重金属/压电异质结构中的压电层的电压极性（正或负）决定。开关速度可达10 GHz。更重要的是，这种控制机制可以潜在地在具有小覆盖区、高耐久性和高隧道磁阻（TMR）读出比的磁性随机存取存储器系统中实现。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Giant Voltage Manipulation of MgO-based Magnetic Tunnel Junctions via Localized Anisotropic Strain: a Potential Pathway to Ultra-Energy-Efficient Memory Technology
在压电/铁磁系统中，应变介导的磁化电压控制是实现节能自旋电子存储器件的一种有前途的机制。在这里，我们展示了巨大的电压操纵的MgO磁性隧道结（MTJ）上的Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）0.7Ti 0.3O3（PMN-PT）压电基板（001）取向。据发现，磁易轴，开关场，和隧道磁阻（TMR）的MTJ可以有效地控制应变从下面的压电层时，施加的栅极电压。可重复的电压控制的MTJ之间的高/低电阻状态的切换被证明。更重要的是，而不是依赖于压电基板的固有各向异性，以产生所需的应变，我们利用各向异性应变产生的局部选通方案，这是可扩展的，并服从实际的存储器应用。另外，在压电层上采用基于晶体MgO的MTJ使其本身在应变介导MRAM器件中具有高TMR。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall
Area-Delay-Energy Tradeoffs of Strain-Mediated Multiferroic Devices
在超越摩尔定律的时代，多铁性器件为超低能耗计算带来了深远的希望。磁致伸缩形状各向异性的单畴纳米磁体与压电层应变耦合的多铁性复合结构中的磁化可以通过逆磁电效应在其两个稳定状态（由能量势垒分离）之间切换，其电压量很小。通过适当地选择材料，可以在亚纳秒切换延迟中以几十毫伏的电压切换磁化，同时在室温下花费~1阿焦耳的极少量能量。本文通过求解随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程，分析了室温热涨落下多铁性器件的面积-延迟-能量平衡。我们特别关注缩小磁致伸缩纳米磁体的横向面积，这可以增加芯片上的器件密度。我们发现，纳米磁体的垂直厚度可以增加，同时按比例缩小的横向面积，并保持假设的单域限制有效。这具有重要的结果，因为它在一定程度上有助于防止磁致伸缩纳米磁体中的感生应力-各向异性能量的劣化，所述感生应力-各向异性能量与纳米磁体的体积成比例。结果表明，如果减小横向面积，开关延迟增加，而能量耗散降低。讨论了在降低开关延迟的同时仍能降低能量耗散的途径。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall
Spin-wave mediated interactions for Majority Computation using Skyrmions and Spin-torque Nano-oscillators
磁skyrmion的全电子成核、探测和操纵的最新进展，揭示了基于skyrmion的自旋电子器件的巨大潜力。在这里，我们通过微磁模拟表明，稳定的磁振荡的STNO辐射自旋波（SW），可以在附近的skyrmions的存在下散射。由STNO发射的SW和由Skyrmion散射的SW之间的干扰引起了有趣的动力学，导致STNO的磁振荡的放大或衰减。在强的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）的存在下，放大的磁振荡演化成新的Skyrmion。这些skyrmions和STNO之间的相互作用被发现是相同的尼尔型和布洛赫型skyrmions，并没有观察到域壁和STNO之间。这些发现提供了一个新的视角，在处理信息使用单skyrmions，我们提出了一个3位的多数门逻辑应用。
2019-05-21 cond-mat.mes-hall
Resolved sidebands in a strain-coupled hybrid spin-oscillator system
我们报告单电子自旋耦合到机械谐振器的运动的一种新的机制的基础上晶体应变。我们的设备由单晶金刚石杠杆与嵌入氮空位中心自旋。使用光学检测的电子自旋共振，我们确定未知的自旋应变耦合常数，并证明我们的系统驻留在解决边带制度。我们实现了超过10 MHz的机械驱动下的耦合强度，并表明我们的系统有可能达到强耦合。我们的新的混合系统形成了一个资源，为未来的实验自旋为基础的悬臂梁冷却和相干自旋振荡器耦合。
2014-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable nuclear-spin entanglement mediated by a mechanical oscillator
我们提出了一个固态混合平台的基础上植入的氮空位（NV）中心的金刚石磁耦合到一个机械振荡器的阵列。机械振荡器和NV电子自旋都充当量子总线，使我们能够在遥远的核自旋之间诱导有效的长程相互作用，放松对空间距离的要求。相干核自旋-自旋相互作用具有伊辛模型的形式，在存在机械阻尼和自旋退相的情况下，除了电子自旋的微波驱动场之外，还可以通过核自旋的脉冲动力学解耦来维持。本混合平台提供了一种可扩展的方式来制备具有长相干时间的核自旋之间的多体纠缠，并且可以应用于生成可用于通用量子计算的图态。
2018-10-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-mediated coupling of antiferromagnetic spin waves
本文通过赤铁矿薄片的太赫兹反射光谱实验与理论建模，证明晶体自身构成的腔可在毫米距离、室温以上介导两个反铁磁振荡器耦合并形成磁振子–极化激元杂化模式。
2022-12-02 cond-mat.mes-hall
Strain Mediated Voltage Control of Magnetic Anisotropy and Magnetization Reversal in Bismuth Substituted Yttrium Iron Garnet Films and Meso-structures
本文研究了在PMN-PT衬底上通过电压诱导应变调控Bi-YIG薄膜及介观结构的磁各向异性和磁化翻转，实现了易轴90°切换，并展示了其在低能耗存储与神经形态计算中的潜力。
2025-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport in graphene under strain fields modeled by Dirac oscillators
Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）
本文研究了在随机分布的局部应变场作用下单层石墨烯的热电输运特性，通过二维狄拉克振荡器建模应变诱导杂质，利用 semiclassical 波兹曼输运形式计算弛豫时间，并推导出电导率、塞贝克系数和热导率的解析表达式，揭示了应变对输运系数的调节作用。
2025-09-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proposal for a ferromagnetic multiwell spin oscillator
从理论上研究了由稀磁半导体构成的铁磁量子阱组成的多阱异质结构中输运和磁性的高度非线性耦合。磁阱中共振隧穿和载流子介导的铁磁性的相互作用引起非常鲁棒的、自持的电流和磁化振荡。在稳定偏置电压的大窗口上，集电极电流的自旋极化在正值和负值之间振荡，实现自旋振荡器器件。
2010-05-12 cond-mat.mes-hall
Strain mediated phase crossover in Ruddlesden Popper nickelates
本文研究了失配应变对Ruddlesden Popper镍氧化物薄膜相选择的影响，发现拉伸应变利于钙钛矿相、压缩应变稳定La3Ni2O7相，并揭示应变与Ni价态耦合导致相共存，为理解压力诱导超导中的结构缺陷问题提供了关键依据。
2023-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamically-enhanced strain in atomically thin resonators
石墨烯和相关的二维（2D）材料具有显著的机械、电子、光学和声子性质。因此，2D材料对于将其基本激发（激子、声子）耦合到其宏观机械模式的混合系统是有希望的。这些内置的系统与庞大的结构相比可以产生增强的应变介导的偶联，例如，包括耦合到纳米机械谐振器的单个量子发射器。在这里，我们使用原始单层石墨烯鼓的显微拉曼光谱，证明石墨烯的宏观弯曲振动会引起动态光学声子软化。这种软化是在强非线性驱动下达到高达$\mathbf{\approx 4 \times 10^{-4}}$的值的动态诱导拉伸应变的明确指纹。这种非线性增强的应变超过具有相同均方根（RMS）振幅的谐波振动的预测值一个数量级以上。我们的工作为动态应变工程和动态应变介导的控制二维材料和相关异质结构中的光-物质相互作用提供了希望。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical probing of the carriers-mediated coupling of the spin of two Co atoms in a quantum dot
本研究通过光谱学探究量子点中两个Co原子的自旋耦合特性，借助自旋哈密顿模型解释实验，发现零磁场下自旋极化载流子可定向Co原子自旋并诱导自旋关联，还揭示了声子边带共振吸收与应变及横向磁场的关联。
2024-04-15 cond-mat.mes-hall
Spin-stress and spin-strain coupling in diamond-based hybrid spin oscillator systems
混合量子系统将量子力学系统与宏观机械振荡器相结合，由于它们非常适合作为量子计算机中的高性能传感器或换能器，因此引起了越来越多的兴趣。一个很有前途的候选人是基于金刚石悬臂梁，其运动耦合到嵌入的氮空位（NV）中心通过晶体变形。尽管这种类型的耦合在过去已经被深入研究，但在现有文献中存在一些不一致之处，迄今为止还没有给出完整和一致的理论描述。为了澄清和解决这些问题，我们在这里开发了一个完整的和一致的形式主义来描述之间的耦合的NV自旋自由度和晶体变形的应力，定义在晶体坐标系XYZ，和应变，定义在四个单独的NV参考系。我们发现，基于应力的方法是简单的，产生紧凑的表达式应力引起的电平变化，因此构成了在该领域的未来发展中使用的首选方法。相比之下，基于应变的形式主义要复杂得多，并且在转换成所采用的NV参考系时需要额外的小心。此外，我们说明了如何开发的形式主义可以用来提取值的自旋应力和自旋应变耦合常数从Teissier等人发表的数据。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spiral Exchange Coupling in Trilayer Magnetic Junction Mediated by Diluted-Magnetic-Semiconductor Thin Film
我们重新讨论了由稀磁半导体薄膜介导的三层磁性结的非共线交换耦合。通过数值方法，我们在参数空间中广泛地研究了铁磁层之间的螺旋角。与以前的研究相比，我们发现自旋弛豫的重要作用，这往往有利于螺旋交换振荡Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida相互作用。最后，我们讨论了这两种磁相互作用的物理起源。
2006-07-07 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling mediated tunable electron heat capacity of quantum wells
从索末菲展开得到的传导电子的热容量示出通过Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合参数是可调的。使用AlInSb/InSb/AlInSb作为具有可变阱和非对称势垒区的代表性异质结构，发现热容量对于自旋向下的电子是较高的，并且对于较宽的阱遭受减少。通过施加单轴应变可进一步降低。最后，我们提出了一种方法来确定自旋寿命的自旋放松通过D 'yakonov-Perel'机制从实验估计的热力学势，如亥姆霍兹自由能和热容。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
Efficient microwave frequency conversion mediated by the vibrational motion of a silicon nitride nanobeam oscillator
微机电系统和集成光子学为现代通信系统中的许多可靠和紧凑的电路元件提供了基础。电光机械器件是目前实现新兴量子信息技术的超灵敏、低损耗换能器的主要方法之一。在这里，我们提出了一个片上微波频率转换器的基础上，平面铝氮化硅平台，是兼容的槽模耦合光子晶体腔。我们显示了两个传播微波模式之间的有效频率转换介导的辐射压力与金属化介电纳米束振荡器的相互作用。我们实现了双向相干转换，总器件效率高达~ 60%，动态范围为$2\times10^9$光子/秒，瞬时带宽高达1.7 kHz。如果进一步降低当前$\sim14$光子$\ \cdot\ $ s $^{-1}\ \cdot\ $ Hz $^{-1}$的驱动相关输出噪声，则高保真度量子态转移将是可能的。这种基于氮化硅的换能器是原位可重构的，并且可以用于片上经典和量子信号路由和滤波，用于微波和混合微波-光学应用。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Piezoelectric control of the magnetic anisotropy via interface strain coupling in a composite multiferroic structure
本文从理论上研究了通过应变介导的磁电相互作用耦合的铁电/铁磁异质结构中的磁动力学。我们预测一个电场诱导的磁开关在垂直于磁晶易轴的平面，并追溯到这种效果的压电控制的磁弹性耦合。我们还研究了剩磁和电矫顽力。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Directional Roll-up of Nanomembranes Mediated by Wrinkling
研究了含有初始应变梯度的矩形褶皱薄膜的弛豫问题。一个优先轧制方向，取决于皱纹的几何形状和应变梯度，理论预测和实验验证。与典型的卷起的纳米膜相比，其弯曲垂直于矩形图案的较长边缘，我们发现一种制度，其中平行于褶皱膜的长边缘的滚动是有利的。一个不均匀的半径卷起的膜很好地再现弹性理论和模拟的薄膜松弛，使用有限元方法。
2010-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Strain engineering for ultra-coherent nanomechanical oscillators
弹性应变工程利用应力来实现不寻常的材料特性。例如，应变可以用来增强半导体的电子迁移率，从而实现更高效的太阳能电池和更小、更快的晶体管。在纳米力学的背景下，追求具有超高相干性的谐振器导致了对互补应变工程技术“耗散稀释”的深入研究，从而有效地增加了材料的刚度而没有增加损耗。耗散稀释是已知的Si $_3$ N $_4$纳米机械谐振器，包括最近开发的“软箝位”谐振器的极高Q因子的基础;然而，迄今为止，该范例依赖于材料合成过程中产生的弱应变。相比之下，几何应变工程技术的使用-能够产生接近材料屈服强度的局部应力-仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们表明，几何应变结合软箝位可以产生前所未有的高Q纳米机械谐振器。具体而言，使用空间上不均匀的声子晶体图案，我们共定位的应变和弯曲运动的Si $_3$ N $_4$纳米梁，同时增加前者附近的屈服强度。这种组合策略产生弦状模式，室温Q $\times$频率产品接近$10^{15}$ Hz，对于任何尺寸的机械振荡器都是前所未有的值。我们研究的器件可以具有aN/rtHz的力灵敏度，在室温下执行数百次量子相干振荡，并且在射频下达到Q > 4亿。这些结果标志着纳米力学耗散控制的范式转变，影响范围从精密力显微镜到量子引力测试。将报道的方法与晶体或2D材料相结合可能会导致进一步的改进，但仍有未知的局限性。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Effect of a uniaxial strain on optical spin orientation in cubic semiconductors
该研究通过计算价带波函数、振子强度和电子自旋极化，揭示了单轴应变下立方半导体光学自旋取向的普适性：自旋极化恒为-0.5，且不依赖应变大小和形变势，仅沿[-110]方向例外。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rheological softening of metal nanocontacts sheared under oscillatory strains
本研究通过非平衡分子动力学模拟，发现振荡应变可流变软化金纳米接触的剪切滑移过程，且拉伸与旋转振荡效果不同，为调控金属界面摩擦提供了新见解。
2023-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flexoelectric effect mediated spin-to-charge conversion at amorphous-Si thin film interfaces
由于垂直于界面的电势而产生界面自旋到电荷的转换。电势可以人工诱导，例如，在界面处使用铁电和压电薄膜。诱导电势的替代方式可以是挠曲电场。在所有具有或不具有反转对称性的材料中都可以观察到挠曲电性，另外不需要大的栅极偏压。在这项实验研究中，我们报告了大的自旋电荷转换（自旋霍尔角-0.578）在Ni 80 Fe 20/非晶Si接口归因于挠曲电介导的Rashba自旋轨道耦合。在界面处的挠曲电性也引起了层间自旋声学声子或挠曲磁弹性耦合。除了自旋-电荷转换外，应变界面还导致反常能斯特效应增加近三倍。这种室温下自旋相关热电行为的应变工程为实现自旋电子学和自旋热电子学器件打开了一扇新的窗口。
2020-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage Control of Magnetic Monopoles in Artificial Spin Ice
目前对人工自旋冰（ASI）系统的研究揭示了独特的滞后记忆效应和受外加磁场控制的可移动准粒子单极子。在这里，我们数值模拟了应变介导的多铁性方法来局部控制ASI单极子。通过向压电层施加电压脉冲来控制各个晶格元件的磁化，从而导致定时为180度重新取向的应变诱导的磁旋进。该模型演示了局部电压控制移动磁单极子在晶格位置，在CoFeB，Ni和FeGa的ASI $'$的。开关在铁磁共振附近的频率下实现，并且需要低于620 aJ的能量。结果表明，ASI单极子可以有效地和本地控制的应变介导的多铁性方法。
2018-03-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Optomechanical quantum entanglement mediated by acoustic phonon fields
我们提出了两个空间分离的，本地电感电容（LC）振荡器，耦合到一个长的弹性带，作为一个量子热声场环境的光机械的量子时间演化的精确解。我们表明，光机械耦合到声学环境引起的因果纠缠动力学的两个LC振荡器之间的共振光子交换的情况下，它们之间，显着的纠缠发展，无论环境温度。这样的过程确立了可以经由连接的声子汇流条在超导量子比特之间产生分布式纠缠，而不需要共振声子释放和捕获。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall gr-qc hep-th
Optical Separation of Mechanical Strain from Charge Doping in Graphene
石墨烯，由于其优异的拉伸性，表现出丰富的结构变形行为，其应变工程已被证明是有用的，在修改其电子和磁性。尽管拉曼G和2D模式的应变敏感性，在二氧化硅衬底上的石墨烯中的原生应变的光学表征已经被干扰两种模式的过量电荷所阻碍。在这里，我们表明，应变和电荷的影响，可以在光学上相互分离的两种模式的相关分析，使两者的简单量化。具有在-0.2%至0.4%之间随机发生的面内应变的石墨烯在热处理时经历适度压缩（-0.3%）和显著的空穴掺杂。这项研究表明，基板介导的机械应变是一个普遍存在的现象，在二维材料。所提出的分析将在表征石墨烯基材料和器件方面有很大的用处。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain coupling of a single exciton to a nano-optomechanical resonator
本研究实现了由应变介导的半导体量子点与光机械腔的耦合，测得真空应变耦合速率约214 kHz，为利用声子耦合片上量子系统提供了重要进展。
2024-07-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid continuous dynamical decoupling: a photon-phonon doubly dressed spin
本文研究了单个氮空位电子自旋与嵌入自旋的金刚石机械谐振器之间的参量相互作用。自旋和振子之间的耦合通过晶体应变实现，晶体应变在振子的致动时产生并且参数地调制自旋的能量分裂。在自旋的相干微波驱动下，这种参数驱动导致自旋拉比频率锁定到兆赫范围内的振荡器模式。在这种自旋锁定条件下，拉比振荡的衰减时间和非均匀自旋退相时间都增加了两个数量级。我们目前的路线，以延长失相时间，甚至进一步，潜在的放松时间限制。显着的相干保护，我们的混合自旋振荡器系统提供的是让人想起最近提出的级联连续动态解耦方案和结果，从我们强大的，无漂移的应变耦合机制和窄线宽的高品质的金刚石机械振荡器。我们的研究结果表明，在量子信息处理和传感的可行应用。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
RKKY interaction mediated by a spin-polarized 2D electron gas with Rashba and altermagnetic coupling
本文利用格林函数方法，研究了由具备Rashba自旋轨道耦合和交替磁色散的自旋极化二维电子气介导的RKKY交换相互作用，揭示了面外与面内磁序下各交换项的振荡衰减规律及非线性依赖特性。
2025-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
