Site-specific electronic and magnetic excitations of the skyrmion material Cu$_2$OSeO$_3$
莫特绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$中skyrmions的表现源于磁和电子能量尺度之间的微妙平衡。由于这些相互缠绕的耦合，两个不等价的磁性离子Cu-I和Cu-II结合成自旋S=1的纠缠四面体。然而，由于该系统的复杂性，概念化这种材料的非常规性质和竞争相互作用的能量是一项具有挑战性的任务。在这里，我们结合X-射线吸收光谱和共振非弹性X-射线散射，揭示了电子和磁激发的Cu $_2$ OSeO $_3$与位点特异性。我们量化了Cu-I和Cu-II的3D晶场分裂的能量，这是优化模型哈灵顿函数的基础。此外，我们揭示了一个网站特定的磁性模式，表明个人的自旋字符内的纠缠四面体图片保存。因此，我们的研究结果提供了实验约束验证的理论，描述了铜$_2$ OSeO $_3$的相互作用，突出了位置选择性的能力，共振光谱
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of chemical substitution on the skyrmion phase in Cu$_2$OSeO$_3$
磁Skyrmions一直是激烈的研究的焦点，由于其独特的性质，这是由于其拓扑保护。先前对Cu $_2$ OSeO $_3$（唯一已知的绝缘多铁性skyrmion材料）的研究表明，化学取代会改变skyrmion相。我们将Zn、Ag和S化学取代到粉末状Cu $_2$ OSeO $_3$中，以研究其对磁相图的影响。在这两个Ag和S的替代，我们发现，skyrmion相是稳定在一个较大的温度范围内，通过磁力和小角中子散射（SANS）确定。同时，虽然以前的磁力表征表明两个高温skyrmion相在锌取代的样品，SANS揭示了高温相是skyrmion，而我们无法区分其他螺旋顺序。总的来说，化学取代削弱螺旋和skyrmion的顺序推断从中子散射的$|$ q $| \approx$ 0.01 $Å^{-1}$磁峰。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
All-electrical detection of skyrmion lattice state and chiral surface twists
通过测量薄Pt电极上的自旋霍尔磁电阻（SMR），研究了手性磁性绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$的高温相图.我们发现在分离不同的磁相的散装铜$_2$ OSeO $_3$的临界线的SMR信号的相位和幅度的明显变化。Skyrmion晶格态在SMR相中表现为强烈的倾斜。一个强大的增强的SMR振幅中观察到的锥形螺旋状态，我们解释了一个额外的diely-allowed贡献的SMR存在于非共线磁体。我们证明，SMR可以用作磁性绝缘体中手征表面扭曲和skyrmions的全电探针。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Continuous Nucleation Dynamics of Magnetic Skyrmions in T-shaped Helimagnetic Nanojunction
磁skyrmions是存在于螺旋材料中的具有拓扑结构保护的自旋织构，它可以作为自旋电子学中非易失性存储器和逻辑电路的信息载体。寻找简单、可控的方法制备孤立的磁性Skyrmions是进一步技术发展和工业设计的需要。基于微磁学模拟，我们表明，时间耗散结构可以在T形helmagnetic纳米结时，它是由一个恒定的自旋极化电流驱动到远离平衡制度。然后，在纳米结的周期性磁化动力学过程中，磁性skyrmions可以连续成核。我们系统地研究了电流密度、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用、外加磁场和热涨落对磁skyrmion成核动力学的影响。我们的研究结果表明，一种新颖的和有前途的机制，不断创造磁skyrmion的skyrmion为基础的自旋电子器件的发展。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall
Hybrid magnetization dynamics in $\text{Cu}_\text{2}\text{OSeO}_\text{3}$/$\mathrm{NiFe}$ heterostructures
利用宽带铁磁共振（FMR）技术研究了手性磁体$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$（CSO）单晶和多晶铁磁体$\mathrm{NiFe}$（Py）薄膜异质结中的耦合磁化动力学.我们观察到的激发的混合模式（HM）低于helmagnetic转变温度的CSO。这种HM归因于CSO/Py界面处的自旋动力学。我们研究HM通过测量其共振频率的平面旋转的外部磁场。我们发现，HM表现出占主导地位的四重各向异性，在对比CSO和Py的FMR。
2022-09-30 cond-mat.mes-hall
Dynamics of skyrmionic states in confined helimagnetic nanostructures
在受限的螺旋纳米结构中，不完整和孤立的skyrmion态形式的skyrmion态可以在没有外部磁场和磁晶各向异性的情况下作为基态出现。本文研究了薄膜FeGe圆盘样品中Skyrmion态的动力学性质（共振频率和相应的本征模）。在基于有限元的微磁模拟中，我们采用了两种不同的方法：特征值法和衰荡法。本征值法允许我们识别所有的谐振频率和相应的本征模式，可以存在于模拟系统。然而，使用特定的实验上可行的激发只能激发有限的本征模集。正因为如此，我们执行振铃模拟，类似的实验设置使用面内和面外激励。此外，我们还报道了共振频率与外加偏磁场和圆盘样品直径的非线性关系，并讨论了skyrmion态可能的反转模式。我们比较了不完整的skyrmion和孤立的skyrmion状态的功率谱密度，并观察到几个关键的差异，可以有助于在样品中存在的状态的实验识别。我们测量的FeGe吉尔伯特阻尼，并使用其值，我们确定什么本征模可以预期在实验中观察到。最后，我们表明，忽略退磁能量的贡献或忽略的磁化变化的膜外方向-虽然没有改变本征模的磁化动态显着-改变其谐振频率大幅。除了有助于理解skyrmionic态物理学，这个系统的工作可以作为一个指导的实验识别skyrmionic态在有限的helmagnetic纳米结构。
2017-01-30 cond-mat.mes-hall
Low energy magnons in the chiral ferrimagnet $\text{Cu}_2\text{OSeO}_3$: a coarse-grained approach
我们报道了一个全面的中子散射研究的低能磁激发在呼吸烧绿石helmagnetic $\text{Cu}_2\text{OSeO}_3$。充分记录的四个最低能量的磁模式，离开亚铁磁配置的“强四面体”完整（$|\hbarω|<13$ meV），我们发现在$Γ$点的能量高于0.2 meV的无隙二次色散，两个双峰分开1.6（2）meV的$R$点，和一个有界连续的$X$点。我们的约束刚性自旋团簇模型与这些功能Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用和无公度螺旋基态。结合传统的自旋波理论和自旋团簇形状因子，精确地再现了通过多个布里渊区测量的等时结构因子。得到了描述复杂各向异性团簇间相互作用的有效自旋哈密顿量。
2020-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The quantum origins of skyrmions and half-skyrmions in Cu2OSeO3
Skyrme粒子，即$skyrmion$，在半个多世纪前被引入，并用于构建致密核物质的场论。但由于skyrmions是数学对象--特殊类型的拓扑孤子--它们可以出现在更广泛的背景下。最近在helimagnets中观察到skyrmions，形成了有望作为信息载体的纳米级自旋纹理。这些skyrmion的长度尺度比原子间的间距大得多，它们表现得像大型的经典物体，但在它们的深处却是量子起源。深入到它们的微观根源需要一个多尺度的方法，跨越整个量子到经典领域。通过利用交换能量尺度的自然分离，我们首次在Skyrmionic莫特绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$中实现了这一点。原子从头计算结果表明，它的磁性积木强烈起伏铜$_4$四面体。这些产生了一个连续统理论与skyrmionic纹理，同意与报告的实验。它还揭示了在特定的温度和磁场范围内，skyrmions衰变为半skyrmions。理论的多尺度方法解释了强重整化的本地时刻，并预测进一步的指纹的量子起源的磁skyrmion，可以观察到在铜$_2$ OSeO $_3$，如弱色散的高能量激发与铜$_4$四面体，弱反铁磁调制的初级亚铁磁秩序，和一个分馏skyrmion相。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable Cooperativity in Coupled Spin--Cavity Systems
通过外加控制参量改变自旋系统的磁态，实验研究了耦合自旋-腔系统中协同效应的可调谐性。作为模型系统，我们使用Skyrmion主体材料Cu $_2$ OSeO $_3$耦合到微波谐振腔。在不同的磁相，我们测量的谐振器和磁振子模式之间的色散耦合和模型，我们的结果，通过使用输入-输出形式主义。我们的研究结果表明，通过磁场的归一化耦合率的一个很强的可调谐性，使我们能够改变磁振子-光子的合作从1到60的skyrmion晶格态的相边界。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Systematic Search and A New Family of Skyrmion Materials
磁天体最近引起了人们的极大关注。然而，到目前为止，它们只存在于数量非常有限的磁体中。因此，寻找新的螺旋磁材料是天体物理领域的一个紧迫课题。在这封信中，我们提供了一个关于这个问题的指导方针，并讨论了在一个新的家庭的氮化钼$A_2$ Mo $_3$ N（$A$ =Fe，Co和Rh）实现skyrmions的可能性。通过第一性原理计算，计算了体系的电子结构和磁结构，证明了强Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的存在.
2015-02-12 cond-mat.mes-hall
Short-wave magnons with multipole spin precession detected in the topological bands of a skyrmion lattice
本研究利用布里渊光散射显微镜在Cu$_2$OSeO$_3$斯格明子晶格中检测到短波多极磁振子，并识别出四极及可能的六极模式，为GHz频率拓扑磁振子器件设计提供了新途径。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Lattice in a Chiral Magnet
Skyrmions代表具有粒子性质的拓扑稳定场配置。我们用中子散射观察到自发形成的二维晶格的Skyrmion线，一种类型的磁涡旋，在手性巡回电子磁体MnSi。无论磁场相对于原子晶格的方向如何，skyrmion晶格稳定在顺磁性和垂直于小的施加磁场的长程螺旋磁有序之间的边界处。我们的研究实验建立磁性材料缺乏反演对称性作为一个舞台的新形式的晶体秩序组成的拓扑稳定的自旋状态。
2009-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Strain-tunable magnetic and magnonic states in Ni-dihalide monolayers
研究了双轴和单轴应变对NiX2单层磁基态、临界温度及磁振子性质的影响，揭示了包含铁磁、螺旋磁和斯格明子相的复杂相图，并发现双二次交换相互作用及应变可调的软磁振子模式对磁性质具有显著影响。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hysteresis of nanocylinders with Dzyaloshinskii-Moriya interaction
磁Skyrmions在高密度存储器件中的应用潜力为研究和开发其稳定性和可操作性提供了强大的驱动力。通过三维微磁滞的研究，我们调查的问题，存在的Skyrmions在圆柱形纳米结构的可变厚度。我们量化的应用领域和厚度依赖的skyrmion状态，并表明这些状态可以通过相关的实际磁滞回线测量协议。由于skyrmionic国家尚未被观察到实验在有限的helmagnetic几何形状，我们的工作开辟了前景，发展可行的滞后过程为基础的方法来访问和观察skyrmionic国家。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall
Multifunctional Oxides for Topological Magnetic Textures by Design
设计可操作的Skyrmion赛道存储器的几个挑战是众所周知的。在这些挑战中，如果研究人员只依赖金属材料，可以确定一些矛盾。因此，将Skyrmion物理的探索扩展到氧化物材料是弥合矛盾差距的必要条件。在这篇专题综述中，我们首先简要地修改了稳定和操纵Skymion的理论和标准，然后研究了偶极稳定的磁泡的行为。接下来，我们探索了具有磁电耦合的多铁性Skyrmions的性质，到目前为止，它只能稳定在Cu $_2$ OSeO $_3$中，以及在一些极性材料中罕见的体Néel型Skyrmions。作为一个穿插部分，我们回顾了反常效应（AHE）和拓扑霍尔效应（THE）的理论，然后回顾了氧化物薄膜中拓扑霍尔效应的最新进展。还讨论了关于另一种解释的争论。最后，展望了利用钙钛矿的界面电荷转移和（111）取向来研究Skyrmion的前景。
2020-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetic resonance with magnetic phase selectivity by means of resonant elastic x-ray scattering on a chiral magnet
立方手性磁体，例如Cu $_{2}$ OSeO $_{3}$，表现出各种非共线自旋织构，包括自旋涡旋的三角晶格，所谓的skyrmions。利用磁共振弹性X射线散射（REXS）技术，在GHz频率的磁场作用下，对晶体布拉格峰及其磁性卫星进行了磁共振散射，通过散射强度探测了这些自旋织构的铁磁共振模式。最值得注意的是，skyrmion晶格的三个本征模检测具有很大的灵敏度。由于这种新技术，我们标记为REXS-FMR，在倒易空间中的不同位置进行，它允许区分来自不同磁状态的贡献，提供关于精确特性，重量和模式混合的信息，作为应用程序定制激励的先决条件。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field and anisotropy driven transformations of spin spirals in cubic skyrmion hosts
我们讨论了体手性磁体如MnSi和Cu $_2$ OSeO $_3$中螺旋态的独特特征，这些特征源于立方磁晶各向异性的影响。首先，在螺旋到圆锥和圆锥到铁磁的转变中，分别发生在H $_{c1}$和H $_{c2}$，立方各向异性导致螺旋波矢量的可逆或不可逆的跳跃式重新取向。易和硬各向异性轴之间的微妙的相互作用引起的椭圆扭曲的锥形状态之间的相变几乎没有任何可检测到的周期变化。我们发现，在现场立方和交换各向异性项之间的竞争也可以导致斜螺旋状态。我们的工作为进一步的实验研究提供了明确的方向，以揭示理论预测的螺旋态在立方helimagnets超出上述既定的状态，因此，可以帮助理解这些原型skyrmion主机的磁相图。此外，我们发现，孤立的skyrmion的属性，如skyrmion间的吸引力，取向和/或成核也植根于主机螺旋状态的属性，其中skyrmion是稳定的。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall
Magnetoelectric Cavity Magnonics in Skyrmion Crystals
本文提出了非中心对称磁体腔中磁电磁振子-光子耦合的理论。类似于多铁性中的非互易现象，磁电耦合是时间反演和反转非对称的。这种不对称性为磁振子-光子耦合的特殊可调谐性提供了一种手段，这种耦合可以通过反转磁化方向来打开和关闭。以具有超低磁阻尼的多铁Skyrmion-host Cu $_2$ OSeO $_3$为例，揭示了Skyrmion本征模的电活动性，并提出将其用于“磁暗”椭圆模的磁振子-光子分裂.此外，我们预测了腔诱导的磁振子-磁振子耦合之间的磁电活性skyrmion激发。我们讨论了在量子信息处理中的应用，提出了全电磁振子介导的光子量子门和光子介导的磁振子SPLIT操作的协议。我们的研究突出了磁电腔磁振子作为一个新的平台，实现量子混合系统和拓扑磁纹理中的光子和磁振子之间的相干转导。
2022-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Filming the formation and fluctuation of Skyrmion domains by cryo-Lorentz Transmission Electron Microscopy
磁skyrmions是有前途的候选人作为信息载体的逻辑或存储设备由于其鲁棒性，保证了拓扑保护，和他们的纳米尺寸。目前，很少有人知道的影响参数，如无序，缺陷或外部刺激，对长距离的空间分布和时间演化的skyrmion晶格。在这里，使用Cu $_{2}$ OSeO $_{3}$的大（7.3 × 7.3 μm $^{2}$）单晶纳米片，我们通过低温洛伦兹透射电子显微镜成像多达70，000个skyrmions，作为施加的磁场的函数。从helmagnetic相的skyrmion晶格的出现进行监测，揭示了玻璃skyrmion相的存在下，在相变领域，补丁的八角形扭曲skyrmion晶格也被发现。在skyrmion阶段，位错被证明是导致不同的晶格取向和这些域的时间波动的域之间的出现和切换被拍摄。这些结果表明，直接空间和实时成像的skyrmion域解决其远程拓扑结构和稳定性的重要性。
2015-06-29 cond-mat.mes-hall
Topological Charge Analysis of Ultrafast Single Skyrmion Creation
磁skyrmion是拓扑非平凡的自旋纹理的潜在利益，为未来的信息存储应用程序，并为这些目的，控制和理解单个skyrmion创建是必需的。分析了一种利用Oersted场诱导的动态激发和垂直注入自旋极化电流的自旋转移矩在螺旋磁薄膜中产生单Néel型和Bloch型Skyrmion的方案.一个拓扑电荷分析使用的拓扑电荷的晶格版本提供了洞察本地触发的过渡从平凡到非平凡的拓扑自旋纹理的Néel或布洛赫型skyrmion。磁skyrmion的拓扑保护是由对称海森堡交换能决定的。临界开关电流密度为$\sim10^{7}\thinspace\textrm{A/cm}^{2}$，随易平面型单轴各向异性和热涨落而减小。注入电流的面内自旋极化比面外极化表现更好，并且它提供超快的开关时间（100 ps内）和可靠的开关结果。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall
Skyrmion magnetic structure of an ordered FePt monolayer deposited on Pt(111)
研究了Dzyaloshinsky-Moriya相互作用对Pt（111）表面FePt有序单层膜磁结构的影响。在基态，FePt层与交替的Fe和Pt链的显著各向异性的几何形状引起的螺旋结构的螺旋度周期沿链和垂直于它们的强烈差异。在外部磁场的存在下，该地区的稳定Skyrmion磁结构的$B-T$相图已被证明通过蒙特卡罗模拟使用的参数内的第一性原理电子结构计算。本研究清楚地表明，交换耦合参数的比值J/D的沉积的磁性薄膜-是至关重要的Skyrmions的形成-可以通过生长的覆盖层的2维（2D）的化合物与携带自发的磁矩分离的原子的非磁性元素。
2015-07-31 cond-mat.mes-hall
Dynamical defects in rotating magnetic skyrmion lattices
手性磁体Cu $_{2}$ OSeO $_{3}$具有Skyrmion晶格，其可以等效地描述为平面波的叠加或粒子状拓扑对象的晶格。一个热梯度可能会打破skyrmion晶格和诱导旋转域提出的问题，这些情况更好地描述了暴力的动态域边界。在这里，我们表明，在一个不均匀的温度梯度所造成的照明在洛伦兹透射电子显微镜的skyrmion晶格的不同部分可以设置成不同的角速度的运动。跟踪的时间依赖性，我们表明，畴壁的不断重排是由动态的5-7个缺陷排列成线。相关的缺陷密度的分析所描述的弗兰克方程，并同意与经典的2D-蒙特卡罗模拟。边界的波动显示由缺陷重排驱动的Skyrmion簇的浪涌式重排与将Skyrmion作为点粒子处理的模拟一致。我们的发现强调了skyrmion的粒子特征。
2017-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological domain walls in helimagnets
该研究发现螺旋磁体FeGe中存在三种类似胆甾液晶的拓扑畴壁，其携带斯格明子电荷可耦合自旋电流并贡献拓扑霍尔效应，确立了新型磁性纳米对象，为相关器件研发开辟新方向。
2017-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Proposal for a micromagnetic standard problem for materials with Dzyaloshinskii-Moriya interaction
了解Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction，简称Dzyaloshinski-Moriya interaction）在螺旋磁序形成中的作用，以及缺乏反转对称性的磁系统中skyrmions的出现，由于新型自旋技术的巨大潜力，人们越来越感兴趣。作为Skyrmions宿主的候选材料包括属于B20族的材料，如FeGe，已知用于稳定布洛赫类Skyrmions，界面系统如钴多层膜或Ir（111）顶部的Pd/Fe双层，已知用于稳定Néel类Skyrmions，以及最近，具有晶体对称性的合金，其中反Skyrmions被稳定。微磁模拟已成为一种标准的方法，以帮助设计和优化的自旋电子和磁性纳米器件，也适用于建模的设备应用程序，使使用skyrmions。几个公共领域的微磁仿真软件包，如OOMMF，MuMax 3和Fidimag已经提供了不同的磁参数的实现。因此，非常希望提出一个所谓的微磁标准问题，它将允许一个基准测试和测试不同的软件包，以类似的方式，是做的铁磁材料，而没有超导。在这里，我们提供了一系列定义明确且日益复杂的计算问题，用于磁性材料。我们的测试问题包括1D，2D和3D域，自旋波动力学的存在下，自旋波，和验证的分析和数值解，包括均匀磁化，边缘倾斜，自旋波和skyrmion形成。这组问题可以被新的微磁模拟代码的开发者和…
2018-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Cubic magnetic anisotropy in $B$20 magnets: Interplay of anisotropy and magnetic order in Fe$_{1-x}$Co$_{x}$Si
TU Braunschweig（布伦瑞克工业大学）；Hiroshima University（广岛大学）
研究B20磁体中立方磁各向异性与磁序的相互作用，通过角分辨SQUID磁化测量确定Fe$_{1-x}$Co$_{x}$Si中各向异性常数，发现Co浓度影响各向异性强度，低浓度下可稳定低温拓扑相。
2025-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Chiral Magnets from String Theory
本文通过弦论膜构型实现具有 DM 相互作用的手征磁体，用弯曲或扭折的色 D-膜描述 CSL、螺旋相、畴壁和磁斯格明子等非均匀基态及复合态。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall hep-th
The Simplicial Bridge: Mapping quantum multi-spin exchange to higher-order topological networks in continuous magnetic fields
Anugrah Memorial College, Magadh University（阿努格拉·梅莫里学院，马加德大学）
本文提出
2026-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech nlin.AO
