Dirac Spin-Orbit Torques at the Surface of Topological Insulators
本文利用Kubo公式和Keldysh公式研究了拓扑绝缘体磁表面的自旋轨道力矩。通过分析推导出的自旋电荷方程，我们发现，所谓的狄拉克转矩具有不同的对称性相比，他们的Rashba对应，以及作为磁化方向的函数的高各向异性。特别地，当磁化位于拓扑绝缘体表面的平面中时，阻尼扭矩消失。这种特性具有重要的后果，在磁化动力学和开关，通过一个宏自旋模型数值证明。
2017-07-08 cond-mat.mes-hall
Current-induced spin torque resonance of magnetic insulators
我们制定了一个理论的交流自旋霍尔磁阻（SMR）在双层系统组成的磁性绝缘体，如钇铁石榴石（YIG）和重金属，如铂（Pt）。基于漂移扩散自旋模型和界面处的量子力学边界条件，推导出了直流电压产生的表达式，揭示了自旋力矩铁磁共振（ST-FMR）。我们预测，ST-FMR实验将揭示有价值的信息，电流感生磁化动力学的磁性绝缘体和交流自旋霍尔效应。
2014-08-20 cond-mat.mes-hall
Optimal field-free magnetization switching via spin-orbit torque on the surface of a topological insulator
提出一种在拓扑绝缘体表面实现无磁场磁化翻转的最优方案，解析推导出电流时间依赖性，发现类阻尼力矩趋于零时能效最佳，并设计了适用于实际系统的下啁啾旋转电流脉冲简化翻转方案。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Fluctuation-induced torque on a topological insulator out of thermal equilibrium
时间反演对称性破缺的拓扑绝缘体具有很强的磁电和磁光效应。虽然这些效应在平衡态或接近平衡态时已经被很好地理解，但非平衡态物理学的内容更丰富，但探索得更少。我们考虑一个拓扑绝缘体薄膜，弱耦合到一个铁磁体，与冷环境（量子电动力学真空）的热平衡。我们表明，热流的环境是强烈的圆极化，从而带走角动量和施加一个纯粹的波动驱动的扭矩上的拓扑绝缘体膜。利用Keldysh框架，我们研究了普遍的非平衡响应的TI与环境的温度差。最后，我们认为，这种效果的实验观察是触手可及的。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall
Thermally-driven spin torques in layered magnetic insulators
热驱动的自旋转移力矩最近已被报道在电绝缘铁磁体$|$正常金属异质结构。在本文中，我们提出了两个物理上不同的机制，这样的扭矩。第一个是局部效应：铁磁体中的热激活磁振子在自旋塞贝克效应的驱动下，通过相干动力学的磁振子-磁振子散射对磁化施加扭矩。第二种是非局部效应，需要额外的磁性层来提供实现热扭矩所需的对称性破缺。最简单的结构，其中诱导一个非局部的热扭矩是一个自旋阀组成的两个绝缘磁铁由一个正常的金属间隔;在那里，热通量产生一个纯自旋电流通过自旋阀，这导致一个扭矩时，层的磁化不对齐。
2015-11-12 cond-mat.mes-hall
Spin-Flip Scattering Effect on the Current-Induced Spin Torque in Ferromagnet-Insulator-Ferromagnet Tunnel Junctions
我们研究了铁磁-绝缘层-铁磁隧道结中考虑自旋翻转散射的电流感生自旋转移矩。结果表明，自旋翻转散射可以诱导出额外的自旋力矩，使自旋力矩的最大值增大，并且与忽略自旋翻转散射的情况相比产生了角位移.研究了左右铁磁体分子场对自旋矩的影响。发现$τ^{Rx}/I_{e}$（$τ^{Rx}$是作用在右铁磁体上的自旋转移矩，$I_{e}$是隧穿电流）随分子场的变化而变化。在两个特定的角度，$τ^{Rx}/I_{e}$是独立的右铁磁体的分子场，导致在$τ^{Rx}/I_{e}$曲线上的两个交叉点对不同的分子场的相关取向。
2003-03-12 cond-mat.mes-hall
Theory of current-driven dynamics of spin textures on a surface of topological insulators
自旋转移矩是拓扑绝缘体在自旋电子学中成功应用的重要物理量之一。在本文中，我们给出了磁拓扑绝缘体表面上自旋转移矩的解析表达式，该表达式包含了高阶动量、$k^2$项和六角翘曲的贡献。我们得到六种不同类型的自旋转移力矩，包括类场和类阻尼力矩;只有当高阶动量贡献包括在内时，它们中的四个才会出现。此外，我们还讨论了自旋转移矩驱动下拓扑绝缘体表面磁skyrmion的动力学行为。与传统金属中的Skyrmion动力学不同，我们发现动力学显著依赖于磁织构的内部结构。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall
Highly Tunable Spin-Orbit Torque and Anisotropic Magnetoresistance in a Topological Insulator Thin Film Attached to Ferromagnetic Layer
研究了拓扑绝缘体（TI）薄膜和磁性绝缘体混合结构中的自旋-电荷转换现象。我们发现一个各向异性的逆自旋电流效应（ISGE），产生一个高度可调的自旋轨道力矩（SOT）。在准弹道极限下，我们还预测了低掺杂时的巨各向异性磁电阻效应。这些效果，没有对应的厚TI，依赖于同时存在的表面状态和面内磁化之间的杂交。ISGE和AMR都表现出对磁化强度和费米能级位置的强烈依赖性，并且可以用于纳米级的自旋电子学和基于SOI的应用。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall
Resonance spin transfer torque in ferromagnetic/normal/ferromagnetic spin-valve structure of topological insulators
本文从理论上研究了由拓扑绝缘体（TI）构成的铁磁/普通金属/铁磁（FM/NM/FM）型自旋阀混合结构中的自旋电流和自旋转移矩的产生。我们证明了自旋转移矩的渗透到右铁磁层，并表明，与石墨烯自旋阀结，在TI的自旋转移矩是非常敏感的NM区域的化学势。作为重要的结果，通过改变NM间隔物的化学势和磁化方向，可以控制STT的所有组件。有趣的是，共振自旋电流和共振自旋转移力矩出现的能量从共振方程确定。通过增加NM间隔物的化学势，STT的幅度减小，而在$μ_N$的大化学势下，存在其中自旋电流和自旋转移矩都变为零的化学势区间。这些发现可能会为基于TI的自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）器件的应用开辟新的前景。
2018-08-25 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque in 3D topological insulator-ferromagnet heterostructure: crossover between bulk and surface transport
利用线性响应理论研究了由铁磁体沉积在三维拓扑绝缘体上构成的异质结构中电流驱动的自旋轨道矩。我们开发了一个紧束缚模型的异质结构，采用最小的界面杂交方案，促进诱导磁交换的拓扑表面状态，以及诱导Rashba样的自旋轨道耦合的铁磁体。因此，我们的模型考虑了自旋霍尔效应从体状态连同反向自旋电流和磁电效应在界面上平等的立足点。通过改变整个能带结构的输运能，我们发现了一个从表面为主的体为主的运输制度的交叉。我们表明，自旋密度分布和自旋轨道力矩的性质在这两个制度有很大不同。我们的研究结果，这与实验观察比较有利，表明最近报道的大阻尼扭矩更可能归因于界面磁电效应，而自旋霍尔扭矩仍然很小，即使在体占主导地位的制度。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall
Spin Torque on Magnetic Textures Coupled to the Surface of a Three-Dimensional Topological Insulator
本文从理论上研究了具有空间变化磁化强度的铁磁薄层中的自旋力矩和磁化强度的动态变化。FM层沉积在拓扑绝缘体（TI）的表面上。在电子自旋沿磁化方向绝热弛豫的极限下，交换相互作用与TI的类Rashba表面织构之间的相互作用产生拓扑规范场.在规范场和外加电流的作用下，自旋力矩随电流的方向而变化。我们推导出了相应的有效各向异性场，从而修正的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，它描述了自旋力矩和磁化动力学。此外，我们研究了典型的磁纹理，如畴壁，skyrmion，和涡旋配置的有效字段。的估计强度的有效字段是典型的FM材料的开关领域，因此可以显着影响FM层的动态。
2013-03-28 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque and spin-polarization in topological-insulator/ferromagnet vertical heterostructures
我们预测了一个非常规的自旋转移矩（STT）作用于N/TI/F垂直异质结构中的自由铁磁（F）层的磁化强度，它起源于三维拓扑绝缘体（TI）表面的强自旋轨道耦合（SOC），以及来自电荷电流在其从正常金属（N）流动时在传输方向上变成自旋极化的电荷电流，在TI板的大部分上。不像对称F '/I/F磁性隧道结中的常规STT（其中仅平面内STT分量在线性响应中为非零），平面内和垂直扭矩在N/TI/F结中都是相当大的，同时不需要固定的F'层作为自旋极化器，这对于自旋电子应用是有利的。使用非平衡Born-Oppenheimer处理之间的相互作用的快传导电子和慢磁化，我们推导出一个通用的Keldysh格林函数为基础的STT公式，这使得它可以分析扭矩中存在的SOC无论是在散装或在界面处的自由F层。
2012-02-29 cond-mat.mes-hall
Non-linear antidamping spin-orbit torque originating from intra-band transport on the warped surface of a topological insulator
最近的实验观察到的三维拓扑绝缘体表面上的一个大的反阻尼自旋轨道力矩（SOT）的启发，我们调查的起源电流诱导的SOT超出线性响应理论。我们发现，一个强大的反阻尼SOT产生的带内跃迁的非线性响应，并不需要带间跃迁的情况下，在线性传输机制。翘曲和面内磁化的联合效应产生非线性抗阻尼SOT，其可以超过本征的几个数量级，这取决于翘曲参数和费米能的位置，并表现出复杂的依赖于磁化的方位角。这种非线性的SOT为最近实验中观测到的巨SOT提供了另一种解释。
2021-11-05 cond-mat.mes-hall
Control of spin-orbit torques by interface engineering in topological insulator heterostructures
(Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$拓扑绝缘体（TI）由于其大的电荷-自旋转换效率和可用于操纵铁磁体（FM）的磁化的随之而来的自旋-轨道转矩（SOT）而引起越来越多的关注。然而，扭矩的起源仍然难以捉摸，而在TI/FM界面的杂化状态和强物质混合的影响基本上是未探索的。通过结合界面化学分析和自旋转移铁磁共振（ST-FMR）测量，我们证明了混合在SOTs的产生中起着关键作用。通过插入合适的普通金属间隔物，减少了材料混合，并且大大改善了界面处的TI特性，从而导致SOT性质的强烈变化。一个显着增强的类场扭矩，反对和超越奥斯特场扭矩，观察到，这可以归因于非平衡自旋密度在Rashba分裂表面带和抑制自旋记忆损失。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall
Large interfacial spin-orbit torques in layered antiferromagnetic insulator NiPS$_3$/ferromagnet bilayers
寻找操纵磁性比特的有效方法是自旋电子学研究的核心目标之一。电产生的自旋轨道转矩（SOTs）是很好的候选者，近年来，对能够产生高效SOTs的材料的研究已经获得了很大的吸引力。虽然反铁磁体/铁磁体双层结构已被广泛用于无源应用，例如通过使用交换偏置场，但它们的有源特性尚未被广泛采用。在这里，我们显示了大的界面SOT的存在下，在双层的铁磁体和二维层状反铁磁绝缘体NiPS $_3$。我们观察到一个大的面内阻尼样界面扭矩，显示了扭矩传导率的$σ_\mathrm{DL} \approx 1 \times 10^{5} \mathrm{(\frac{\hbar}{2e}) /(Ωm)}$，即使在室温下，在文献中报道的最好的设备相比，标准的重金属为基础的和拓扑绝缘体为基础的设备。此外，我们的设备还显示出从NiPS $_3$ /铁磁体界面产生的面外场状扭矩，进一步表明在我们的结构中存在界面自旋轨道耦合。温度依赖性的测量揭示了随着温度的降低，SOT的增加，低于NiPS $_3$（$T_N \approx 170 \mathrm{K}$）的Néel温度，指出磁有序对我们测量的SOT的可能影响。我们的研究结果显示了反铁磁绝缘体和二维材料在未来自旋电子学应用中的潜力。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall
Temperature-Dependent Spin-Orbit Torque Generation in Perpendicularly Magnetized Topological Insulator-Magnetic Multilayer Heterostructures
University of Leeds（利兹大学）
该研究探究垂直磁化拓扑绝缘体-磁性多层异质结的温度依赖自旋轨道转矩，发现含Bi₂Se₃的异质结转矩显著增强，TI衍生的自旋动量锁定电流主导大阻尼类转矩，且受界面结构和缓冲层厚度影响。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall
Improved Domain Wall Dynamics and Magnonic Torques using Topological Insulators
我们调查的磁化动力学时出现的薄膜铁磁体沉积在拓扑绝缘体（TI），特别是专注于畴壁运动通过电流和自旋波扭矩作用于磁化的可能性。我们分析表明，磁畴壁和TI之间的耦合去除了简并的壁轮廓相对于其手性和拓扑电荷。此外，我们发现，域壁运动的沃克击穿的阈值大大增加，并确定与TI的相互作用，允许更高的可达到的壁速度比在传统的情况下，难轴各向异性确定沃克阈值。最后，我们表明，允许的模式的自旋波激发和随后的磁化动力学在TI耦合的存在下，即使在均匀的磁化纹理上的磁振子扭矩作用。我们的研究结果表明，TI-铁磁体相互作用的磁化动力学具有类似的效果，作为一个内在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的铁磁体。
2014-08-04 cond-mat.mes-hall
Edelstein effects, spin-transfer torque, and spin pumping caused by pristine surface states of topological insulators
用半经典方法研究了三维拓扑绝缘体的原始表面态引起的Edelstein效应。随机杂质散射和自旋动量锁定的无隙狄拉克锥的组合效应产生电流诱导的表面自旋积累与化学势和温度无关。在不与拓扑绝缘体直接接触的附近铁磁物质中，原始表面态的束缚态性质导致完全类似场的自旋转移扭矩，其大小受到界面清洁度和铁磁物质的量子阱状态的高度影响。通过将量子隧穿引入Bloch方程，将表面态所介导的自旋泵效应描述为与自旋转移矩相同的自旋混合电导，并提出了一种半经典方法来解释将自旋泵自旋流转化为电荷流的逆Edelstein效应.将详细阐述这些结果与各种实验的一致性。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall
Spin wave excitation in magnetic insulators by spin-transfer torque
研究了电流诱导自旋转移矩对磁性绝缘体中自旋波的激发。我们预测优先激发表面自旋波诱导的易轴表面各向异性与临界电流成反比的穿透深度和表面各向异性。表面模式大大降低了临界电流，提高了电流感生磁化动力学的激发功率。
2012-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of spin torques and spin pumping phenomena on magnon-plasmon polaritons in antiferromagnetic insulator-semiconductor heterostructures
本文研究了自旋力矩和自旋泵浦对反铁磁绝缘体-半导体异质结构中表面磁振子极化激元色散的影响，发现通过自旋-电荷转换可耦合磁振子与等离激元，且频率修改和杂化间隙依赖于反铁磁层厚度与模式波长。
2024-03-11 cond-mat.mes-hall
Antidamping torque-induced switching in biaxial antiferromagnetic insulators
我们研究了NiO（001）/Pt异质结中电流诱导的Neel有序的开关，这种开关通过自旋霍尔磁电阻在电学上表现出来。在室温下，当电流阈值为10^7 A/cm ^2时，纵向电阻和横向电阻发生了显著的可逆变化。的顺序参数切换归因于反铁磁动力学触发的（电流引起的）antidamping扭矩，定向的Neel顺序朝向写电流的方向。这与反铁磁体如Mn 2Au和CuMnAs的情况形成鲜明对比，其中由Edelstein效应引起的类场转矩驱动Neel开关，因此导致Neel顺序和写入电流之间的正交对准。我们的研究结果可以很容易地推广到其他双轴反铁磁体，提供了广泛的机会，在反铁磁自旋电子学的全电写入和读出。
2018-04-16 cond-mat.mes-hall
Strained topological insulator spin-orbit torque random access memory (STI-SOTRAM) bit cell for energy-efficient Processing in Memory
本文提出一种应变拓扑绝缘体自旋轨道矩随机存取存储器位单元，利用压电应变门控和TI高转换效率实现低功耗存内计算，模拟显示能耗显著低于传统重金属方案。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall
Topological Force and Torque in Spin-Orbit Coupling System
研究了自旋轨道耦合系统中的拓扑力和拓扑力矩。结果表明，拓扑力和拓扑力矩表现为电磁场中的纯相对论性量子效应。拓扑力和扭矩的起源都是Zitterbewegung效应。考虑到自旋轨道耦合的非线性行为，我们讨论了拓扑力驱动的可能现象。
2007-03-02 cond-mat.mes-hall
Spin transfer torques due to the bulk states of topological insulators
本文研究了拓扑绝缘体体态引起的自旋力矩，发现体态在均匀磁化下不产生自旋轨道力矩，而是因界面磁化不均匀产生非传统的自旋转移力矩，并指出该力矩在实际样品中可能占主导且可通过面内外磁化下自旋密度符号反转来实验验证。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall
Emission of coherent propagating magnons by insulator-based spin-orbit torque oscillators
我们通过实验证明了直流电流诱导的自旋轨道扭矩在超薄磁绝缘膜中产生相干传播磁振子。我们表明，这一具有挑战性的任务，可以通过利用磁绝缘体膜具有大的垂直磁各向异性。我们展示了简单而灵活的自旋-轨道力矩器件，它可以用作基于绝缘体的自旋电子应用的相干传播磁振子的高效纳米级源。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Room-temperature perpendicular magnetization switching through giant spin-orbit torque from sputtered BixSe(1-x) topological insulator material
由具有大自旋-轨道耦合的材料产生的自旋-轨道力矩（SOT）为超低功率和快速基于磁性的存储和计算设备提供了一条道路。采用直流平面霍尔方法研究了磁控溅射BixSe（1-x）/CoFeB异质结中BixSe（1-x）薄膜的SOT。值得注意的是，自旋霍尔角（SHA）被发现高达18.83，这是有史以来在室温（RT）下报道的最大值。此外，已经观察到使用来自BixSe（1-x）的SOT的垂直CoFeB多层的切换，其中在双层系统中报道了最低的切换电流密度：2.3 * 105 A/cm 2。巨大的SHA，光滑的表面，易于在硅衬底上生长膜，在BixSe（1-x）膜上成功生长和切换垂直CoFeB多层为BixSe（1-x）拓扑绝缘体（TI）材料用作SOT中的自旋电流发生器开辟了道路。基于存储器和逻辑器件。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall
Spin transfer and spin pumping in disordered normal metal-antiferromagnetic insulator systems
我们考虑与金属接触的反铁磁绝缘体。金属中的自旋积累可以在反铁磁体中的交错磁场和磁化强度上引起自旋转移力矩。这些力矩与自旋泵有关：旋进反铁磁体向金属中发射自旋电流。我们研究了自旋转移力矩的各个组成部分是如何受到自旋无关的障碍和自旋翻转散射的金属。自旋守恒无序以类似于欧姆定律的方式减少了反铁磁体中的自旋与金属中的巡回自旋之间的耦合。自旋翻转散射导致自旋记忆损失与减少自旋转移扭矩。我们讨论了交错自旋流的概念，并认为它不是一个守恒量。远离界面，交错的自旋电流以不规则的方式围绕零平均值变化。一个网络模型解释了交错自旋电流的快速衰减。
2017-10-27 cond-mat.mes-hall
Giant orbital Hall effect due to the bulk states of 3D topological insulators
本研究聚焦三维拓扑绝缘体的轨道霍尔效应，发现其体态引发的轨道霍尔效应比自旋霍尔效应高最多3个数量级，为提升拓扑绝缘体/铁磁体器件转矩提供了优化方向。
2025-06-17 cond-mat.mes-hall
Spin-torque oscillation in a magnetic insulator probed by a single-spin sensor
自旋力矩振荡器（STO）中的相干、自持磁化振荡是一种很有前途的在片纳米级微波磁场产生源。这种场可以用于自旋波共振的局部激发、自旋量子比特的控制以及顺磁共振的研究。然而，由STO发射的场的局部表征仍然是一个突出的挑战。本文利用金刚石中单个氮空位（NV）缺陷的自旋来探测铁磁绝缘体钇铁石榴石（YIG）微棒中STO产生的磁场。NV传感器的组合光谱分辨率和灵敏度使我们能够解析多个自旋波模式并表征其阻尼。当阻尼通过自旋注入充分降低时，模式自动振荡，如由强烈减小的线宽、发散的磁功率谱密度以及STO频率与外部微波源的同步所指示的。这些结果为STO产生的微波信号的定量、纳米级映射开辟了道路，也为利用STO作为介观自旋系统的局部探针开辟了道路。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque based damping control of parametrically excited spin waves in a magnetic insulator
磁绝缘体钇铁石榴石（YIG）中参数激发的自旋波的阻尼由通过相邻正常金属膜的直流电流控制。实验是在横向尺寸为4x 2 mm^2的宏观尺寸的YIG（100 nm）/Pt（10 nm）双层上进行的。通过布里渊光散射（BLS）光谱测量的参数不稳定性的阈值确定的自旋波弛豫频率。由于自旋霍尔效应（SHE），将直流电流施加到Pt膜导致形成垂直于膜平面的自旋极化电子电流。该自旋电流在YIG膜中施加自旋转移力矩（STT），并且因此改变自旋波阻尼。取决于所施加的直流电流相对于磁化方向的极性，阻尼可以增加或减少。其变化的幅度与所施加的电流成比例。当施加的直流电流密度为5*10^10 A/m^2时，弛豫频率的变化为+/-7.5%。
2015-08-30 cond-mat.mes-hall
Topologically Driven Spin-Orbit Torque in Dirac Matter
本文研究磁性石墨烯器件中拓扑边缘态驱动的自旋轨道力矩，发现量子反常霍尔相中的类阻尼力矩平台及狄拉克点处的大类阻尼力矩，并可通过自旋-赝自旋纠缠调控。
2025-10-07 cond-mat.mes-hall
Topological nature of the proper spin current and the spin-Hall torque
本文推导了本征自旋电流的通用量子力学公式，揭示其拓扑性及在能隙中的有限性，并分析了拓扑绝缘体中自旋转矩的竞争机制。
2023-06-07 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque switching in 2D ferromagnet / topological insulator heterostructure grown by molecular beam epitaxy
拓扑绝缘体（TI）是一类通过自旋轨道矩（SOT）机制控制相邻铁磁体（FM）磁化强度的有前途的材料。然而，目前的研究结合TI与传统的FM提出了大的设备到设备的变化，导致在广泛的分布SOT幅度。已经确定，TI和FM之间的界面质量在确定SOT的性质和效率方面是至关重要的。为了优化SOT幅度并实现超低功率磁化切换，原子级平滑接口是必要的。为此，我们已经开发了一个完整的范德华FM/TI异质结的生长分子束外延。选择补偿TI（Bi0.4Sb0.6）2 Te 3和铁磁Fe 3GeTe 2（FGT）是因为它们具有优异的结晶质量、BST中的低载流子浓度以及FGT中相对较大的居里温度和垂直磁各向异性。我们通过使用谐波磁输运测量来表征SOT的大小，并表明可以在电流密度Jc < 10^10 A/m^2的情况下切换超导FGT薄膜的磁化强度。与以前使用传统FM的研究相比，我们的研究结果非常可靠，器械之间几乎没有差异。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque induced spin waves in antiferromagnetic insulators
我们探讨了在绝缘反铁磁薄膜表面注入自旋电流激发自旋波的可能性。我们分析了磁补偿和非补偿接口。我们发现，在绝缘反铁磁材料中，自旋电流引起的自旋转移矩可以激发自旋波，并且所激发的自旋波的手征性由注入自旋电流的极化决定.此外，磁表面各向异性的存在可以大大增加这些激发的可及性。
2015-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-torque resonance due to diffusive dynamics at a surface of topological insulator
我们研究自旋-轨道力矩磁化在绝缘铁磁（FM）层，被带到一个非常接近的拓扑绝缘体（TI）。除了众所周知的类场自旋轨道扭矩，我们确定了各向异性的反阻尼类自旋轨道扭矩，起源于传导电子的扩散运动。这种扩散力矩在零动量的极限（即，e.对于空间上均匀的电场或电流），但是，如果外场既不平行于TI表面也不垂直于TI表面，则在有限频率下对自旋扭矩共振具有强烈的影响。所需的电场配置可以由格栅顶栅产生。
2019-05-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques due to topological insulator surface states: an in-plane magnetization as a probe of extrinsic spin-orbit scattering
研究TI表面态在面内磁化下的自旋轨道力矩，揭示外禀自旋轨道散射导致的显著重整化与密度依赖，并提出两种实验判据加以探测。
2024-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic non-adiabatic topological torque in magnetic skyrmions and vortices
我们提出，拓扑自旋电流流动的拓扑非平凡的磁纹理，如磁skyrmions和涡旋，产生一个内在的非绝热扭矩的形式${\bf T}_t\sim [(\partial_x{\bf m}\times\partial_y{\bf m})\cdot{\bf m}]\partial_y{\bf m}$。我们发现，这种扭矩，这是不存在的一维畴壁和/或非拓扑纹理，是负责增强非绝热参数观察到的磁涡旋相比，一维纹理。这种扭矩对磁skyrmions运动的影响预计是至关重要的，特别是要确定其对缺陷和钉扎中心的鲁棒性。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall
Antidamping spin-orbit torque driven by spin-flip reflection mechanism on the surface of a topological insulator: A time-dependent nonequilibrium Green function approach
最近的实验观察自旋轨道力矩（SOT）作用于三维拓扑绝缘体（TI）表面的铁磁（F）覆盖层的磁化$\vec{m}$的启发，我们调查的SOT的起源和磁化动力学在这样的系统。我们预测，有限长度的横向F/TI双层，夹在两个正常的金属引线之间，将产生一个大的抗阻尼类SOT每非常低的电荷电流注入平行的接口。抗阻尼类SOT的大值是{ \it空间局部化}在F覆盖层的横向边缘周围。我们的分析是基于绝热膨胀（一阶$\partial \vec{m}/\partial t$）的时间依赖的非平衡格林函数（NEGFs），描述电子推出平衡的施加偏压和缓慢变化的经典自由度[如$\vec{m}(t)$ ]。从中我们得到了自旋力矩和电荷泵的计算公式，这表明它们是相互作用的，以及在SO耦合存在下的吉尔伯特阻尼。基于NEGF的SOT公式自然分为四个分量，由它们在时间和偏置电压反转下的行为（偶数或奇数）决定。它们复杂的角度依赖性被描绘和采用的磁化动力学的Landau-Lifshitz-Gilbert模拟，以证明预测的SOT的能力，有效地切换$\vec{m}$的垂直磁化F覆盖层。
2016-01-24 cond-mat.mes-hall
Thermally induced spin torque and domain wall motion in superconductor/antiferromagnetic insulator bilayers
我们从理论上研究了由相邻自旋分裂超导层中热产生的自旋电流引起的反铁磁绝缘层中的畴壁运动。一个未补偿的反铁磁界面使两个关键因素的机制-自旋分裂的超导体和吸收的自旋电流的反铁磁。用准经典理论和反铁磁体的Landau-Lifshitz-Gilbert描述处理超导体，我们发现畴壁沿热梯度以相对较大的速度$\sim 100$ m/s传播。我们的建议利用自旋分裂超导体的巨大的热响应，在实现大的自旋扭矩驱动畴壁和反铁磁体的其他自旋纹理。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ultrahigh efficient spin-orbit torque magnetization switching in all-sputtered topological insulator - ferromagnet multilayers
具有大垂直磁各向异性的铁磁体的自旋轨道力矩（SOT）磁化翻转在下一代非易失性磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。这就需要一个高性能的纯自旋电流源，具有大的自旋霍尔角和高的电导率，这可以通过大规模生产技术制造。在这项工作中，我们证明了高效和强大的SOT磁化开关在所有溅射的BiSb拓扑绝缘体垂直磁化Co/Pt多层膜。尽管通过工业友好的磁控溅射而不是实验室分子束外延来制造，但是拓扑绝缘体层BiSb显示出$θ$ $_{SH}$ = 12.3的大自旋霍尔角和$σ$ = 1.5 x $10^5$ $Ω^{-1}$ m $^{-1}$的高电导率。我们的研究结果证明了BiSb拓扑绝缘体用于实现超低功耗SOT-MRAM和其他基于SOI的自旋电子器件的大规模生产能力。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Phase Diagram of an Orthogonal Spin Torque device: Topological Category
基于宏观自旋模型，研究了正交自旋力矩器件中自由层的磁化强度演化。在各种条件下，磁化矢量的轨迹表现出丰富的非线性特性。在电流密度和极化分布（面内和面外极化器的比率）的参数空间中获得相图。这些动态相可以根据它们的拓扑不同的非线性行为进行分类，即极限点和/或极限环。该拓扑分类方法对设计不同动态条件下的超快自旋力矩器件具有重要意义，可用于存储器、振荡器等应用领域。
2020-10-02 cond-mat.mes-hall
Current induced magnetization reversal on the surface of a topological insulator
本文研究了三维拓扑绝缘体表面狄拉克费米子的磁化耦合动力学。通过求解存在充电电流时的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，得到了电流感生磁化动力学，并讨论了磁化反转的可能性。来自电流注入的转矩取决于通过铁磁体的传输概率，并且显示出对交换耦合的非平凡依赖。磁化动力学是逆自旋电流效应的直接表现，因此与常规设置相比，不需要另一个铁磁体来诱导自旋转移力矩。
2011-07-01 cond-mat.mes-hall
Spin-Hall effect due to the bulk states of topological insulators: Extrinsic contribution to the conserved spin current
本文采用完全量子力学形式计算了拓扑绝缘体体态的外在自旋霍尔效应，发现侧跳等外在无序贡献与内在贡献量级相当，但总自旋磁化率过小，对自旋力矩贡献可忽略不计。
2023-09-11 cond-mat.mes-hall
Quantum Metric Nonlinear Spin-Orbit Torque Enhanced by Topological Bands
本研究发现量子度量在非线性电自旋响应中起关键作用并产生量子度量自旋轨道转矩，拓扑金属的能带特征可放大该转矩，经模型和材料验证其幅值超线性转矩且可独立驱动磁开关。
2024-02-01 cond-mat.mes-hall
Spin Wave Excitation in Magnetic Insulator Thin Films by Spin-Transfer Torque
我们描述了在绝缘磁性薄膜中，通过在薄膜表面注入自旋电流来激发偶极交换自旋波。易磁化轴磁表面各向异性可以诱导出非手征表面自旋波模式，其穿透深度与表面各向异性的强度成反比，这大大降低了临界电流，提高了激发功率。界面自旋波模式对激发谱的重要性被自旋泵浦降低，这取决于由自旋混合电导表示的界面的质量。
2013-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lossless Spin-Orbit Torque in Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$
本文量化了少数七重层MnBi$_2$Te$_4$中由电场驱动且具层分辨特性的自旋轨道力矩，发现其可独家激发奇特交换磁共振，并通过无焦耳热的拓扑电荷泵浦实现电功率向磁动力学的无损转换。
2024-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion nucleation on the surface of a topological insulator
研究了自旋转移矩在拓扑绝缘体与铁磁绝缘体界面处诱导的Skyrmion成核。由于拓扑绝缘体表面上的强自旋-轨道耦合，这增强了自旋力矩的作用，期望对skyrmion进行有效操纵，因此，拓扑绝缘体可以提供实现高性能skyrmion器件的理想平台。使用微磁学模拟和能量学，我们评估的拓扑绝缘体表面上的skyrmion成核的属性，如成核时间，临界电场，和skyrmion数。我们发现成核时间与外加电场成反比。我们还确定了吉尔伯特阻尼和温度依赖的临界场。此外，我们分析评估的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的效果，并表明，温度依赖性可以解释由减少的磁振子激发间隙由于自能修正。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall
Unraveling the dynamics of magnetization in topological insulator-ferromagnet heterostructures via spin-orbit torque
该研究通过分析拓扑绝缘体-铁磁体异质结构中的磁化动力学，揭示自旋各向异性与自旋轨道转矩对自旋翻转的调控作用，并建立涵盖不同能量、阻尼和频率的动力学相图。
2024-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulators, Topological Crystalline Insulators, Topological Semimetals and Topological Kondo Insulators
在本书第一章（特邀）中，我们简要回顾了定义拓扑绝缘体的基本概念，并着重阐述了揭示和建立其对称性保护（SPT）拓扑性质的关键实验结果。然后，我们提出了关键的实验结果，证明磁性，近藤绝缘，镜像手性或拓扑晶体秩序和超导性的自旋轨道拓扑绝缘体设置和如何这些新的（体绝缘）相的物质出现通过拓扑量子相变从布洛赫带绝缘体通过拓扑或狄拉克半金属在临界点。
2015-02-15 cond-mat.mes-hall
Electric-field control of spin-orbit torque in a magnetically doped topological insulator
电场对磁序的操纵在自旋电子器件中已被证明具有基础和技术上的重要性。到目前为止，电场对铁磁性、磁化强度和磁各向异性的控制已经在各种磁性材料中进行了探索，但对自旋轨道矩（SOT）的有效电场控制仍然是一个难题。在这里，我们报告了一个有效的电场控制的一个巨大的SOT在一个Cr掺杂的拓扑绝缘体（TI）薄膜使用顶栅FET结构。在可达的栅电压范围内，SOT强度可以调制4倍，并且与薄膜中的自旋极化表面电流表现出强相关性。此外，我们证明了磁化翻转扫描栅极电压与恒定电流和面内磁场施加在薄膜中。掺Cr的TI中的SOT的有效电场控制和巨大的自旋扭矩效率可能导致与现代场效应半导体技术兼容的节能栅控自旋扭矩器件的发展。
2015-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Voltage Controlled Magnetic Anisotropy Based Low Energy Switching of a Ferromagnet on a Topological Insulator
我们提出了一种新的存储器件，它包括一个薄的铁磁层的Fe沉积在拓扑绝缘体薄膜，Bi 2 Se 3。铁磁层具有垂直各向异性，这是由于MgO沉积在Fe的顶面上。当电流在Bi2Se3的表面上通过时，Bi2Se3的表面变为自旋极化，并且在铁磁体中的d电子与在Bi2Se3的表面上传导电流的电子之间发生强交换相互作用。部分电流通过铁磁体分流，这在铁磁体中产生自旋转移力矩。自旋转移力矩和交换相互作用力矩与压控磁各向异性（VCMA）的组合允许铁磁体的超低能量切换。我们进行微磁模拟和预测的顺序为2.5 ns的开关时间和开关能量的顺序为0.45fJ的铁磁位与43kBT的热稳定性。拓扑绝缘体上的垂直各向异性铁磁体的这种超低能量和高速VCM诱导的切换可以用于能量高效的存储器设计。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall
Magnon versus electron mediated spin-transfer torque exerted by spin currents across antiferromagnetic insulator to switch magnetization of adjacent ferromagnetic metal
最近的实验[Y。Wang等人，Science 366，1125（2019）]关于磁振子介导的自旋转移矩（MSTT）的解释是，通过在反铁磁绝缘体（AFI）的一个表面上施加非平衡电子自旋密度，因此，它们在AFI上的传播剥夺了传导电子，最终导致铁磁金属（FM）的磁化反转，附着于AFI的相对表面。我们采用最近发展的时间相关的非平衡格林函数结合Landau-Lifshitz-Gilbert方程（TDNEF +LLG）形式主义来演化传导电子的量子力学，而它们通过自洽反作用与经典的原子自旋动力学描述的局域磁矩相互作用求解LLG方程组。在注入方波电流脉冲作为初始条件时，FM偏振器/AFI/FM分析器结的TDNEGF+LLG模拟表明，在FM分析器内的局部磁矩反转在需要更大的脉冲高度和更长的持续时间的意义上是效率较低的，比传统的电子介导的STT（ESTT）驱动标准FM偏振器/正常金属/FM分析器自旋阀中的磁化切换。由于由AFI的自旋泵浦产生的电子和由AFI的直接传输产生的磁振子，自旋电流被注入FM分析器，其局部磁矩将经历MSTT和ESTT的组合。然而，通过人为地关闭ESTT，我们证明了MSTT起着主导作用，因此，其理解为没有电子部件的全磁振子驱动磁化开关器件铺平了道路。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall
Van der Waals torque and force between anisotropic topological insulator slabs
我们研究了两个共面和介电各向异性的拓扑绝缘体（TI）平板之间的范德华（vdW）扭矩和力的特性，其中平板的光轴都垂直于平板间隙界面的法线方向，并且通常彼此取向不同。我们发现，除了磁电耦合强度，各向异性也可以影响vdW力的符号，即，如果各向异性充分增加，则排斥vdW力可以变为吸引力。此外，vdW力作为TI板的光轴之间的角度差的函数振荡，对于为$π$的整数（半整数）倍的角度差，vdW力是最排斥/最不吸引（最不排斥/最吸引）的。我们的第三个发现是，TI板的VDW扭矩一般比普通介质板弱。我们的工作提供了第一个实例，其中矢量势出现在计算的vdW相互作用的限制是非延迟或静态的。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin torque and persistent currents caused by percolation of topological surface states
拓扑绝缘体/铁磁金属（TI/FMM）双层薄膜是一种基于拓扑表面态的自旋电子学器件，其电流诱导自旋力矩效率最高。使用立方晶格模型，我们揭示了表面状态的狄拉克锥的TI可以逐渐合并到或高度交织的FMM体带，和表面状态渗透到FMM，并最终与量子阱态杂交在其中。磁化可以扭曲表面态的自旋-动量锁定，并产生不对称的能带结构，这导致室温持续充电电流的层流。此外，接近FMM也促进了持续的层流自旋电流。通过线性响应理论，我们阐述了表面态和FMM体带有助于电流诱导的自旋力矩，和他们的实波函数呈现的自旋力矩主要是类场的，与表面态的渗透程度的影响很大的幅度。另一方面，杂质可以改变Edelstein效应所预期的自旋极化，并产生类似阻尼的扭矩，并且即使当磁化指向面内并与电流方向正交时也会产生扭矩。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall
