Diode Effect for Skyrmions Interacting with Linear Protrusion Defects
本文通过模拟周期性不对称通道中集体相互作用的斯格明子，发现其流动具有强烈二极管效应，并揭示了马格努斯力及磁场、衬底不对称角对二极管效率和湮灭率不对称性的影响。
2025-08-16 cond-mat.mes-hall
Zero-field deterministic all-optical writing and annihilation of nanometer-scale skyrmion bubbles
本文通过单飞秒激光脉冲实现了无磁场下单个Skyrmion的确定性全光写入与湮灭，为Skyrmion应用提供了新的研究方向。
2025-12-22 cond-mat.mes-hall
Breathing skyrmions in chiral antiferromagnets
手性反铁磁体中Skyrmion的呼吸振荡可以通过Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用或磁晶各向异性强度的时间修改来激发。我们采用绝热近似，并推导出一个公式的潜在的，直接意味着呼吸振荡。我们研究了非线性区域和大振幅振荡的特征。我们表明，有一个最大的振幅支持的潜力。因此，我们在理论上预测和观察数值skyrmion湮灭事件，由于大振幅呼吸振荡的激发。当skyrmion被轻度激发时，该过程是有效的，使得其半径最初增长，而湮灭事件最终由内部呼吸动力学引起。我们揭示了反直觉的性质，skyrmion拥有一个非零的动能在其湮灭的时刻。最后，确定小振幅呼吸振荡的频率。
2022-03-08 cond-mat.mes-hall
Operando Control of Skyrmion Density in a Lorentz Transmission Electron Microscope with Current Pulses
磁性Skyrmions有望用于自旋电子器件。为了探索设备中skyrmions的动力学性质，一种纳米尺度的方法来成像自旋纹理响应于刺激是必不可少的。在这里，我们应用一种技术，在洛仑兹透射电子显微镜的手性磁器件的operando电流脉冲。在具有界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的铁磁多层膜中，我们研究了由于缺陷而被点状钉扎位置局域化的skyrmion的产生和湮灭。结合实验和微磁技术，我们建立了一个热贡献的创造和湮灭的skyrmions在我们的研究。我们的工作揭示了一个机制，控制skyrmion密度，这使得检查skyrmion磁场稳定性作为密度的函数。我们发现，高密度的skyrmion状态是更稳定的比低密度的状态或孤立的skyrmion抵抗湮灭的磁场范围内，随着密度单调增加。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall
Generation and annihilation of skyrmions and antiskyrmions in magnetic heterostructures
利用微磁学模拟方法研究了磁性异质结中手性可调的（反）skyrmions的可控产生和湮灭。通过利用图案化铁磁层中的磁（反）涡旋，我们以可再现的方式稳定了底层Skyrmionic薄膜中的（反）Skyrmion全晶格。（反）skyrmion的稳定性取决于（反）涡旋的极化，而它们的手征性由（反）涡旋的手征性给出。此外，我们证明了（反）涡旋和（反）skyrmions之间的核心耦合允许湮灭自旋对象在一个受控的方式通过施加短脉冲的面内外部磁场，代表一个新的关键范例skyrmionic设备。
2022-07-25 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Electric-field-induced formation and annihilation of skyrmions in two-dimensional magnet
该研究利用第一性原理计算与 Monte Carlo 模拟，证明电场可调控 MnIn2Te4 单层中的磁相互作用并诱导斯格明子形成或湮灭。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous creation and annihilation dynamics and strain-limited stability of magnetic skyrmions
磁skyrmions是拓扑磁性自旋结构，表现出粒子般的行为。从基本观点和应用角度来看，它们具有强烈的兴趣，在未来的低功耗计算技术中，它们有可能充当信息载体。重要的是，由于拓扑保护，skyrmions具有高物理稳定性。然而，它们有可能根据其局部能量环境而变形。在这里，我们表明，在高交换能量密度的地区，skyrmions可能会表现出这样的极端变形，自发合并与最近的邻居或产卵新skyrmions有利于达到较低的能量状态。使用透射电子显微镜和高速成像探测器，我们观察到的动力学涉及不同的构型状态，其中过渡伴随着自发创建或湮灭的skyrmions。这些观测结果提出了关于Skyrmion稳定性和拓扑电荷守恒极限的重要问题，同时也提出了一种控制Skyrmion产生和湮灭的方法。
2020-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced skyrmion motion on magnetic nanotubes
磁性Skyrmions被认为是自旋电子学中最有希望的信息载体。然而，由于Skyrmion的非平凡拓扑结构所引起的Skyrmion霍尔效应会导致Skyrmion在器件边缘的积累甚至湮灭，这阻碍了Skyrmion的实际应用。在这项工作中，我们从理论上研究了电流驱动的磁纳米管，可以被视为“无边”的切向运动的skyrmion。通过微磁学模拟，我们发现skyrmion运动在纳米管上呈现螺旋轨迹，其轴向传播速度与电流密度成正比。有趣的是，skyrmion的环速度随着纳米管厚度的增加而增加。一个简单的解释。由于管是切向Skyrmion运动的无棱边，稳定的Skyrmion传播可以在非常大的电流密度存在下生存，而不会有任何湮灭或积累。我们的结果为克服平面几何中的边缘效应提供了一条新的途径。
2018-12-31 cond-mat.mes-hall
Voltage control of skyrmions: creation, annihilation and zero-magnetic field stablization
电压操控skyrmions是一条很有前途的低能量自旋电子器件的途径。在这里，在GdOx/Gd/Co/Pt异质结的skyrmions电压效应的实验观察。结果表明，在一定的磁场作用下，skyrmion态的开和关可以通过电场的作用而被增强和耗尽。此外，零磁场skyrmion状态可以在负偏置电压下使用定义的电压和磁场序列来稳定。这里测量的电压效应发生在几秒的时间尺度上，表明电压控制的磁各向异性的起源，而不是离子效应。通过研究skyrmion成核速率与温度的关系，我们提取了样品中skyrmion成核的能垒。此外，微磁学模拟被用来探讨改变各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用对skyrmion密度的影响。我们的工作演示了通过电压控制skyrmions，显示商业设备所需的功能。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Frequency generation by a magnetic vortex-antivortex dipole in spin-polarized current
由于自旋极化电流流过磁性元件中的纳米孔，可以产生涡旋-反涡旋（VA）偶极子。我们利用Landau-Lifshitz方程研究了在面内外加磁场和Slonczewski自旋矩项存在的情况下的涡旋偶极动力学。我们建立了涡旋偶极子是在稳态旋转运动。旋转的频率是由于两个独立的力：两个涡流和外部磁场之间的相互作用。非零的斯基尔米恩数的偶极子是负责这两个力引起的旋转动力学。在一定的涡-反涡分离距离处，自旋力矩的作用是稳定涡偶极子的运动。我们给出的旋转角频率和VA偶极子功能的参数的函数的分析和数值结果。
2012-03-05 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Paths to annihilation of first and second-order (anti)skyrmions via (anti)meron nucleation on the frustrated square lattice
研究了反转对称性破缺的阻挫$J_1-J_2-J_3$正方晶格上一阶和二阶小Skyrmions和反Skyrmions的湮灭机制。我们发现湮灭是通过注入相反的拓扑电荷以介子或反介子成核的形式发生的。总的来说，交流挫折产生了一个复杂的能源景观，不仅有许多（Meta）稳定和不稳定的本地能源解决方案，而且还有许多可能的路径连接它们。只要有可能，我们计算的激活能和尝试频率的孤立的拓扑缺陷的湮灭。特别地，我们比较了用过渡态理论计算的反回旋子的平均寿命与直接Langevin模拟的结果，两者吻合得很好。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Minimal Radius of Magnetic Skyrmions: Statics and Dynamics
在很宽的外加磁场和材料参数范围内，孤立的磁skyrmion凝聚成skyrmion晶格。虽然孤立的skyrmions及其晶格对应物的几何形状强烈依赖于场和Dzyaloshinski-Moriya相互作用，但这个问题在以前的研究中没有得到充分解决。同时，这些信息对于应用是极其重要的，因为对于基于skyrmion的存储器和逻辑器件，必须调整skyrmion的大小和skyrmion间的距离。在这项研究中，我们阐明了尺寸和密度依赖的相图显示传统的相位场与材料参数空间的蒙特卡罗模拟的离散晶格。所得到的图使我们能够建立，在连续极限，skyrmions在一个离散的晶格不能小于一些临界尺寸，并有一个非常具体的形状。这些最小的skyrmions对应于微磁配置之间的铁磁和skyrmionic状态的能量障碍。此外，我们使用原子的Landau-Lifshitz-Gilbert模拟研究的skyrmion湮灭的动力学。结果表明，这一过程包括两个阶段：连续的Skyrmion收缩和不连续的湮灭。详细分析了这一动力学过程。
2016-01-19 cond-mat.mes-hall
Universality of annihilation barriers of large magnetic skyrmions in chiral and frustrated magnets
磁skyrmions是旋转的磁化，其拓扑绕组数保证稳定的热波动和缺陷。它们只能通过奇异自旋构型衰变。我们分析了两种不同的稳定机制，即，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）和竞争性相互作用。基于我们数值计算的原子晶格上的坍缩路径，我们导出了大Skyrmions的鞍点织构和能垒的解析表达式。经典场论中自旋刚度的符号和四阶导数项的符号决定了鞍点的性质，从而决定了能垒的高度。在最常见的情况下，DMI稳定的skyrmions，正刚度和负四阶项，鞍点能量接近一个通用的上限所描述的有效连续理论。对于通过挫折相互作用稳定的skyrmions，刚度是负的，能量势垒主要来自奇异涡旋配置的核心。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nano-engineering the evolution of skyrmion crystal in synthetic antiferromagnets
Skyrmion晶体的演化包含了Skyrmion的成核、形变和湮灭等临界行为。在这里，我们实现了一个可调的演变的人工skyrmion晶体在纳米结构的合成反铁磁多层膜，这是由垂直的磁性多层膜和纳米图案阵列的磁性纳米点。面外磁化磁滞回线和一阶反转曲线表明，人工skyrmion的成核和湮灭可以通过调节纳米点的直径和间距来控制。此外，当底层厚度增加时，skyrmion的湮灭从演化为铁磁自旋织构转变为反铁磁自旋织构。最重要的是，通过控制skyrmion晶体中湮灭skyrmion的比例，在零磁场下实现了非易失性多态。我们的研究结果表明，人工skyrmion平台的可调性和灵活性，提供了一个很有前途的路线，以实现skyrmion为基础的多态设备，如neuromorphic自旋电子器件。
2021-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Skyrmion annihilation in helimagnets and the critical condition of topological phase transitions with a soft mode
自20世纪50年代以来，拓扑孤子已被用来描述基本粒子[1-3]和类粒子场结构[4- 1 - 3]，它们几乎出现在从亚原子到宇宙尺度的所有物理分支中[3，14 -16]。在这种情况下，粒子的形成和湮灭对应于拓扑相变，其实际过程和机制仍然难以捉摸。在这里，我们表明，湮没的孤立skyrmion在helimagnets作为所施加的磁场增加启动在其中心点的局部磁化反转。在临界场，出现自旋波激发的软模式，其使局部磁化模量以及中心处的软模式调制的出现弹性刚度[17]消失，这使其成为出现的磁共振[6]。这个软化点消除了中心局部磁化反转的能垒，这不可避免地湮灭了skyrmion。在此基础上，我们提出了一个软模场解拓扑相变的一般临界条件：拓扑相变起始于软模调制涌现刚度矩阵失去正定性的空间点.
2022-11-07 cond-mat.mes-hall hep-th nlin.PS
Zero-field skyrmionic states and in-field edge-skyrmions induced by boundary tuning
当磁Skyrmion通过电流移动时，它们并不严格沿着电流的路径移动，相反，它们的运动也获得了横向分量。这种所谓的skyrmion霍尔效应在潜在的skyrmion器件中可能是有害的，因为它将skyrmion推向它们的宿主材料的边缘，在那里它们面临潜在的湮灭。在这里，我们实验修改skyrmion模型系统-原子Pd/Fe双层Ir（111）-装饰膜边缘铁磁Co/Fe补丁。采用自旋极化扫描隧道显微镜，我们表明，这种铁磁边缘防止skyrmion湮灭在薄膜边缘和稳定skyrmion和目标状态在零场。此外，在外部磁场中，Co/Fe边缘可以引起钉扎到膜边缘的skyrmion。自旋动力学模拟揭示了如何结合不同的吸引和排斥skyrmion边缘相互作用可以诱导这样的skyrmions的边缘钉扎效应。
2021-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic skyrmion crystal on a centrosymmetric square lattice under an in-plane magnetic field
本文通过方格自旋模型的模拟退火，揭示易面各向异性、正双二次及高谐波波矢相互作用可在面内磁场中稳定含涡旋-反涡旋对的斯格明子晶体。
2023-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Skyrmion Lattice Collapse and Defect-Induced Melting in Chiral Magnetic Films
磁相变是探索凝聚态非平衡现象物理学的一个试验平台，当涉及拓扑约束时，这种现象变得更加复杂。特别是，skyrmion和skyrmion晶格的调查提供了深入了解拓扑电荷的创建和湮灭后改变磁状态的基本过程。尽管如此，这些相变背后的确切物理机制仍然没有得到解决。在这里，我们系统地比较了超薄膜与各向同性和各向异性的Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions），在技术相关的材料，如界面系统中表现出几乎相同的行为。数值计算表明，在理想体系中，场诱导的一级相变可以反转Skyrmion晶格。然而，即使是一个单一的缺陷的存在，取代了缺陷诱导的晶格熔化的二阶相变的反转。从一阶到二阶相变的系统行为的这种根本变化表明，为了正确解释实验数据，对所有现实系统进行这种分析是非常重要的。我们的研究结果揭示了复杂的拓扑电荷湮灭机制，介导磁状态之间的转换，并为这些现象的实验实现铺平了道路。
2018-05-25 cond-mat.mes-hall
Skyrmion fractionalization and merons in chiral magnets with easy-plane anisotropy
本文研究了具有易平面各向异性$A$的手征磁体的平衡相图。由外部磁场稳定的巨大三角形skyrmion晶格相作为增加$A$的函数连续地演变成最近邻skyrmion开始彼此重叠的状态。这种重叠导致Skyrmion数从其量化值$Q=1$连续减少，并且在最近邻Skyrmion形成的三角形的中心出现反涡旋。反涡也带有一个小的“斯基尔米恩数”$Q_A \ll 1$，它随着$A$的增加而增加。在临界值$A$处，系统发生一级相变，转变为正方形涡旋-反涡旋晶格。最后，对于足够大的各向异性$A$，倾斜铁磁态通过另一个一级跃迁变得稳定。有趣的是，这种一级跃迁伴随着{ \it亚稳}的介子解。
2015-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Thermal stability of metastable magnetic skyrmions: Entropic narrowing and significance of internal eigenmodes
我们计算湮灭率的亚稳态磁skyrmions使用的形式兰格的理论在中高阻尼（IHD）制度。对于内尔斯基尔米恩、布洛赫斯基尔米恩和反斯基尔米恩，我们看到两种可能的湮灭路径：坍缩和通过边界逃逸。我们还研究了弯曲与平坦边界，第二Skyrmion和非磁性缺陷的影响。我们发现，skyrmion的内部模式发挥主导作用的热激活过渡相比，自旋波激发和内部模式的相对贡献取决于过渡过程的性质。我们对零场稳定的小Skyrmion的计算表明，在缺陷上的坍缩是最可能的路径，在没有缺陷的情况下，湮灭主要由逃逸机制控制，尽管这种情况下的激活能高于坍缩过程的激活能.通过平坦边界逃逸的可能性比通过弯曲边界逃逸的可能性大。因此，亚稳skyrmions稳定性的潜在来源并不在于高活化能，也不在于过渡态的动力学，而是来自鞍点区域的熵变窄，这导致了尝试频率的降低。这种窄化效应主要与Skyrmion的内部模式有关。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Turning chiral skyrmion inside out
研究了倾斜磁场中二维手征Skyrmions的稳定性。结果表明，通过改变场的方向和大小，可以连续地将手征Skyrmion变换为具有相反极性和涡度的Skyrmion。这种翻转的Skyrmion可以看作是普通轴对称Skyrmion的反粒子。对于任何磁场的倾斜角，都有一个绝对值的范围，在这个范围内两种类型的skyrmions可以共存。在倾斜场中，Skyrmion间相互作用的势的特征在于存在局部极小值，表明粒子之间的吸引力相互作用。粒子间相互作用的势能也有所谓的融合通道，允许两个粒子的湮灭或一个新粒子的出现。所给出的结果是一般的一类磁性晶体的易平面和易轴各向异性。
2019-12-10 cond-mat.mes-hall
Spin-Torque-Driven Non-uniform Dynamics of an Antivortex Core in Truncated Astroid Shaped Nanomagnets
本研究采用截断星形纳米磁体，通过自旋轨道力矩激发反涡旋核心，实现了高品质因子的GHz振荡，为高频自旋电子器件应用提供了基础。
2025-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-Consistent Field Theory studies of the thermodynamics and quantum spin dynamics of magnetic Skyrmions
引入自洽场论，研究了含磁性Skyrmion的$S = 1$量子自旋系统的热力学和自旋动力学.计算了Skyrmion分布和相图的温度依赖性。结果表明，Skyrmion进行相变的铁磁相的第一阶随着温度的升高，而周围的铁磁体的磁化强度经历了相变的第二阶时，改变到顺磁相。通过求解含时的薛定谔方程，对电场驱动的Skyrmion湮灭过程进行了量子力学描述。结果进行了比较的轨迹的半经典描述的自旋期望值，使用类似于经典的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的微分方程。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall
Nano-to-micro spatiotemporal imaging of magnetic skyrmion's life cycle
磁skyrmions是自组织的拓扑自旋纹理行为像粒子。由于它们的快速创建和典型的长寿命，Skyrmion的创建/湮灭过程的实验验证一直具有挑战性。本文利用抽运-探测洛仑兹透射电子显微镜成功地跟踪了缺陷引入的Co_9 Zn_9 Mn_2中Skyrmions的动力学行为。在纳秒光热激发下，我们分辨出160 nm的skyrmion在小于1 ns时的增殖，在5 ns时的收缩，从10 ns到4微秒的漂移和在5微秒时的合并。这些运动在20 kHz的可重复周期中中继Skyrmion集群的多尺度排列和松弛。这种可重复的动力学skyrmions，所产生的削弱，但仍然持久的拓扑保护周围的缺陷，使我们能够可视化的整个生命的skyrmions，以及展示可能的高频操纵的拓扑电荷所带来的skyrmions。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall
Vortices in thin ferromagnetic films and the skyrmion number
我们指出，一个特殊的湮灭的涡antoverrypair观察数值Hertel和施耐德[物理评论Lett。97，177202（2006）]表示Skyrmion的形成和随后的衰变。
2007-01-24 cond-mat.mes-hall hep-th
Stability of skyrmion lattices and symmetries of quasi-two-dimensional chiral magnets
最近，人们对skyrmions的实现产生了很大的兴趣，特别是在二维系统中，由于减少了维度而增加了稳定性。一个稳定的skyrmion，代表最小的可实现的磁性纹理，可能是超密度磁性存储器的理想元素。在这里，我们使用最一般的形式的二维自由能与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用构造从一般对称性的考虑，反映了底层系统。我们预测，skyrmion相位是强大的，它是存在的，即使当系统缺乏面内旋转对称性。事实上，降低的对称性导致具有四重对称性和面内螺旋的涡旋-反涡旋晶格的稳定性增加，在某些情况下甚至在没有外部磁场的情况下也是如此。我们的研究结果涉及不同的六边形和正方形的细胞阶段的对称性用于实现skyrmions的材料。这将为实验实现六边形和正方形单元相提供明确的方向，并将允许工程具有不寻常属性的skyrmions。我们还预测显着的差异，在陀螺动力学引起的自旋电流孤立skyrmions和晶体的自旋电流可以引起的载流子或热磁振子。我们发现，在一定条件下，孤立的skyrmions可以沿着电流没有侧运动，这可能对实现磁记忆的影响。
2016-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
A proposal for skyrmion-based diode-like device in antiferromagnetic nanostripe
提出一种在反铁磁纳米条带中利用各向异性梯形势垒实现斯格明子单向输运的类二极管器件，并通过微磁模拟揭示几何参数、电流密度和各向异性对性能的影响。
2024-12-16 cond-mat.mes-hall
Magnetic radial vortex stabilization and efficient manipulation driven by the Dzyaloshinskii Moriya Interaction and the spin-transfer torque
孤子在设计下一代超低功耗存储和计算器件方面有着广阔的应用前景。实现这一目标的关键因素是从根本上理解它们的稳定和操纵。在这里，我们展示了界面Dzyaloshinskii Moriya相互作用（i）如何能够通过稳定具有径向手性的拓扑孤子（以下称为径向涡旋）来提升磁涡旋态的能量简并。由于涡核的极性和由边界条件引起的磁化倾斜，它具有非整数的Skyrmion数S（0.5< |S| <1）。微磁模拟预测，在自由层和极化层的径向涡旋状态的基础上的磁阻存储器可以有效地切换的阈值电流密度小于106 A/cm 2。切换过程发生通过拓扑连接的涡旋和涡旋antivortex对的成核，然后由自旋波的排放，由于涡旋antivortex湮灭。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall
Creating arbitrary sequences of mobile magnetic skyrmions and antiskyrmions
磁skyrmions和它们的反粒子，反skyrmions，是存在于纳米尺度的稳定磁孤子。它们的稳定性和尺寸以及通过例如，电流使它们成为用于存储器装置（例如跑道存储器）的有希望的候选者。斯基尔米恩和反斯基尔米恩各自都有同样的优势，但当它们共存于同一设备时，可能会相互湮灭。然而，将它们组合在一个设备中表示逻辑位0（skyrmion）和1（antiskyrmion），为创建新型密集封装的赛道存储设备开辟了新的可能性。为此，一个受控的创建和湮灭过程，即，写入或删除操作是必要的。在这里，我们提出了一种方法来创建任意序列的共存skyrmions和antiskyrmions的旋转的磁矩在一个矩形板的边缘。skyrmions和antiskyrmions保持稳定，不会相互湮灭。
2022-09-05 cond-mat.mes-hall
Lifetime of racetrack skyrmions
Skyrmion赛道是未来信息技术的一个很有前途的概念。在那里，二进制比特由纳米级的自旋漩涡（skyrmions）携带，沿着磁条驱动。Skyrmions的稳定性是实现该技术的关键问题。在这里，我们表明，赛道skyrmion寿命可以计算作为温度，磁场和磁道宽度的函数从第一性原理。我们的方法结合谐波过渡态理论扩展到包括Goldstone模式，原子自旋哈密顿参数化从密度泛函理论计算。我们证明了两种湮灭机制有助于skyrmion的稳定性：在低外部磁场，逃逸通过轨道边界占主导地位，但存在一个交叉领域，在内部的崩溃成为主导。考虑到Pd/Fe双层膜在Ir（111）衬底上作为一个成熟的模型系统，计算的寿命被发现是一致的报道的实验测量。我们的研究结果为预测模拟打开了大门，不受经验参数的影响，有助于设计基于skyrmion的信息技术。
2017-10-02 cond-mat.mes-hall
Topological charge analysis of dynamic process of transition to Néel-type skyrmion: role of domain wall skyrmions
磁skyrmions是有趣的拓扑自旋纹理，承诺未来的高密度自旋电子器件。磁性Skyrmion的产生已经基于Skyrmion的能量学被理解，但是Skyrmion产生的详细动力学过程仍然不清楚。在这里，拓扑结构的演变，从不均匀的畴Néel-skyrmions的转换研究使用微磁学模拟。我们发现，而不是整体拓扑电荷，新的拓扑缺陷，即，最近提出的畴壁Skyrmion主要控制Skyrmion的产生过程。此外，拓扑电荷的演变解释的数量和组合的拓扑缺陷。
2020-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic field-free skyrmion nucleation at a nano-engineered injector device
磁skyrmions是拓扑孤子，表现出增加的稳定性，对湮灭，并可以与低电流密度位移，使它们成为一个有前途的候选人作为信息载体。为了证明一个可行的基于Skyrmion的存储器设备，有必要可靠地和可重复地成核，移位，检测和删除磁性Skyrmion。虽然skyrmion位移和检测都进行了详细的研究，少得多的注意一直致力于研究的sub-ns动力学的skyrmion成核过程。只有有限的静态和以上ns动力学的研究已经进行，仍然留下许多悬而未决的问题的成核过程的动力学。此外，绝大多数现有的研究集中在从随机的自然钉扎位点或从磁性材料本身的图案化收缩的成核，这限制了基于skyrmion的设备的功能。这些限制可以通过在磁性材料顶部制造专用注射器装置来克服。在这项研究中，我们研究了从一个专用的纳米工程注入器的磁skyrmion的成核，证明了可靠的磁skyrmion成核在剩余状态。亚ns动力学的skyrmion成核过程也进行了研究，使我们能够照亮驱动成核的物理过程。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall
Theory of magnetic skyrmion glass
在手性磁体中发现的Skyrmion和Skyrmion晶体（SkX）由于其非平凡的拓扑结构而显示出独特的物理性质，例如对湮灭的稳定性和由超低电流密度驱动的运动，这对于磁存储器等器件应用是有利的。特别是，手性动力学，即，垂直于作用在Skyrmion上的力的速度是避免杂质势并提高其迁移率的关键。然而，集体钉扎的SkX发生的无序，这是至关重要的，它的低能特性。本文利用复制场论研究了无序效应下SkX的低能动力学，揭示了非互易集体模及其沿外磁场方向的电磁响应. $μ$ SR/NMR的弛豫速率和钉扎频率等物理量显示出与从螺旋状态到SkX的拓扑相变相关的显著变化。这些结果为探索SkX的玻璃态提供了坚实的基础。
2017-12-28 cond-mat.mes-hall
Discretized Topological Hall Effect Emerging from Skyrmions in Constricted Geometry
我们通过测量拓扑霍尔效应研究了纳米结构FeGe霍尔条器件中skyrmion的形成过程，这种效应将自旋织构的缠绕数提取为一个出射的磁场.在改变外加磁场的过程中观察到拓扑霍尔电阻率的阶梯状分布，这是由于磁性纳米结构的瞬时变化，如skyrmions的创建，湮灭和抖动运动。拓扑霍尔电阻率的离散变化证明了每个skyrmion中固有的涌现磁通量的量子化性质，这在宏观尺度上的许多skyrmion系统中是不可区分的。
2015-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Skyrmion Emergence via Domain Wall Anchoring through Vertical Bloch Line
本研究提出通过畴壁形变动力学（利用垂直布洛赫线锚定畴壁）产生斯格明子的新方法，解析与微磁模拟揭示了其拓扑转变机制，为下一代自旋电子器件提供了可控生成途径。
2024-11-07 cond-mat.mes-hall
Single-Pulse Optical Switching combined with Current-Induced Motion of Skyrmionic Spin Textures
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Tohoku University（东北大学）
本研究结合单脉冲光学开关与电流诱导运动，实现对磁性斯格明子自旋结构的确定性操控，为光自旋电子器件奠定基础。
2026-10-02 cond-mat.mes-hall
Design of Spintronics-based Neuronal and Synaptic Devices for Spiking Neural Network Circuits
拓扑稳定的磁性skyrmion具有低得多的脱钉电流密度，这可能对记忆和神经形态计算有用。然而，基于skyrmion的器件遭受源自skyrmion霍尔效应的马格努斯力，如果驱动电流的幅度变得太大，则这可能导致不期望的skyrmion湮灭。人工神经元和突触的设计，使用合成的反铁磁耦合双层器件，它抵消了马格努斯力，在这项工作中证明。人工泄漏积分-激发神经元中的泄漏项是通过设计神经元设备的单轴各向异性分布来实现的。突触装置具有与神经元装置类似的结构，但具有恒定的单轴各向异性。突触设备还具有线性和对称的权重更新，这是人工突触的高度期望的特性。神经元和突触设备的基础上磁畴壁（DW）的运动也进行了研究和比较skyrmionic设备。我们的模拟结果表明，在DW或skyrmion为基础的设备进行这样的操作所需的能量是在几个fJ的顺序。
2022-11-12 cond-mat.mes-hall
Unveiling Three-Dimensional Skyrmion Transitions Through Vortices and Monopoles
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（滑铁卢大学量子计算研究所）；Department of Physics & Astronomy, University of Waterloo（滑铁卢大学物理与天文系）；School of Physics, The University of New South Wales（新南威尔士大学物理学院）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Department of Chemistry, University of Waterloo（滑铁卢大学化学系）；Department of Physics, University at Buffalo, State University of New York（纽约州立大学布法罗分校物理系）；Laboratory for Neutron Scattering and Imaging, PSI Center for Neutron and Muon Sciences（瑞士保罗谢勒研究所中子与缪子科学中心中子散射与成像实验室）
本文首次通过中子散射层析成像实验可视化三维拓扑Q=0斯格明子结构，发现涡旋-反涡旋晶格与merons-磁单极耦合介导拓扑转变，为高维自旋电子学多比特编码和单向输运奠定基础。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling Skyrmion Lattices via Strain: Elongation, Tilting, and Collapse Mechanisms
本研究通过应变调控磁性Skyrmion晶格，揭示应变诱导伸长、倾斜及塌陷机制，证实应变调制DMI为主要控制因素。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall
Enhanced skyrmion motion via strip domain wall
当磁性Skyrmion在磁性纳米线中的自旋轨道扭矩下移动时，它们会经历Skyrmion霍尔效应，这会将它们推向纳米线边缘，在那里它们有被湮灭的风险;这对它们的驱动速度设置了上限。然而，同样的磁性多层包含skyrmions可以维持沿着纳米线长度的Néel型条带畴壁，潜在地保持skyrmions与边缘分离。在这里，我们研究了电流驱动的skyrmion和畴壁之间的相互作用，发现它们增加了湮灭电流，并允许skyrmion移动得更快。基于Thiele形式主义，我们确认，紧急纵向排斥力和修改后的能源景观连接到域壁负责增强skyrmion运动。此外，我们确定的纵向排斥力的出现，因为在skyrmion前面的局部磁化轴对称破缺。我们的研究揭示了来自不同同伦群的两个拓扑磁纹理之间相互作用的关键方面，并可能激发新的设备概念。
2020-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Targeted Writing and Deleting of Magnetic Skyrmions in Two-Terminal Nanowire Devices
纳米级磁性skyrmions的可控写入和删除是其用作下一代存储器和计算技术的信息载体的关键要求。虽然已经提出了几种方案，但它们需要复杂的制造技术或精确定制的电输入，这限制了它们的长期可扩展性。在这里，我们展示了一种替代方法，用于写入和删除skyrmions使用传统的电脉冲在一个简单的，两端线几何形状。X射线显微镜实验和微磁模拟建立所观察到的skyrmion创建和湮灭所产生的焦耳加热和奥斯特场效应的电流脉冲，分别。这些写入和删除方案的独特特性，例如空间和时间选择性，以及2端设备架构的简单性，为skyrmions的可行应用提供了灵活且可扩展的路线。
2022-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric control of magnetic skyrmions in two-dimensional van der Waals heterostructures
磁性Skyrmions是一种手性纳米自旋织构，通常由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）引起。最近，在二维（2D）范德华（vdW）铁磁材料（例如Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$）中已经观察到磁skyrmion。Skyrmions的电控制对于它们在低功耗存储技术中的潜在应用是重要的。在这里，我们预测，在Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$单层的铁电体和磁性skyrmions可以通过相邻的2D vdW铁电体在$_{2}$ Se $_{3}$的铁电极化控制。基于密度泛函理论和原子自旋动力学模型，我们发现Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$ /In $_{2}$ Se $_{3}$ vdW异质结中界面对称性破缺产生了相当大的缺陷.我们证明了铁电极化反转可以控制自旋的大小，从而导致Skyrmion的产生和湮灭。此外，我们还发现在In $_{2}$ Se $_{3}$ /Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$ /In $_{2}$ Se $_{3}$异质结构中，随着铁电开关反转Skyrmion手征而改变.预测的电控skyrmion形成可能是有趣的自旋电…
2022-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Bloch-point hopping in multilayer skyrmions and associated emergent electromagnetic signatures
磁性多层膜是一种很有前途的室温以上磁性Skyrmions可调谐系统。揭示其有趣的开关机制和相关的内在电响应是开发skyrmionic器件的先决条件。在这项工作中，我们从理论上证明了通过多层结构发生的单个skyrmions的湮灭，这是介导的拓扑刺猬奇点称为布洛赫点的跳跃动力学。布洛赫点的层内动力学主要受Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的影响，其传播可以在附近产生螺线管形的突发电场。此外，由于自旋织构的拓扑结构可以支配其新兴的磁性，我们表明，通过多层的布洛赫点跳跃将调制相关的拓扑霍尔响应，与有效的拓扑电荷的大小成正比。我们还研究了这些状态的热力学稳定性的层依赖的磁性。这项研究揭示了基于skyrmion的自旋电子学的电磁特征，植根于磁性多层系统。
2021-06-29 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Mechanisms of skyrmion collapse revealed by sub-nm maps of the transition rate
磁性skyrmions是新的记忆，逻辑和神经形态计算的关键候选人。一个基本的属性是它们的拓扑保护所造成的旋转自旋纹理所描述的一个强大的整数缠绕数。然而，在原子晶格上的实现留下了一个漏洞，可以通过单个自旋的协调旋转来切换缠绕数。因此，在微观上理解解旋是增强skyrmion稳定性的关键。在这里，我们使用自旋极化扫描隧道显微镜探测skyrmion湮没个别热电子，并获得在纳米尺度上的跃迁率的地图。通过施加一个平面内的磁场，我们将塌陷率调整了四个数量级。与基于第一性原理的原子自旋模拟结果相比，实验结果表明，在面内磁场为零时，系统发生径向对称坍缩，而在面内磁场为有限时，系统发生向最近预测的嵌合体坍缩的转变.我们的工作开辟了路线，设计标准的skyrmion开关和提高skyrmion稳定性。
2020-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Periodic transitions of topological charge in skyrmions confined within FeGe and Co/Pt nanodisks
本研究探讨了在FeGe和Co/Pt纳米圆盘中，通过施加振荡磁场诱导斯格明子拓扑荷周期性反转的动力学机制，为基于斯格明子器件的节能控制提供了潜在途径。
2025-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Skyrmion blinking from the conical phase
该研究结合自旋动力学模拟与HTST，揭示螺旋磁体锥形相界附近斯格明子经CB表面态持续产生—湮灭的闪烁机制，并用于随机数发生器。
2024-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Coexistence of distinct skyrmion phases observed in hybrid ferromagnetic/ferrimagnetic multilayers
在室温下承载磁性skyrmions的材料可以实现新的计算架构以及紧凑和能量高效的磁性存储，如赛道存储器。在跑道装置中，信息通过磁skyrmion的存在/不存在来编码，磁skyrmion形成穿过装置的链。最终将导致赛道边缘处的skyrmion湮灭的skyrmion霍尔效应可以例如通过反铁磁耦合的skyrmion来抑制。然而，避免修改赛道中的Skyrmion间距离仍然具有挑战性。为了解决这个问题，一个比特链也可以由两个不同的孤子编码，比如一个skyrmion和一个chiral bobber。这种方法的主要局限性在于，它仅在B20型单晶材料系统中实现，该系统仅在低温下支持skyrmions，从而阻碍了未来应用的功效。在这里，我们证明了一个混合ferro/ferri/铁磁多层系统可以在室温下主机两个不同的skyrmion相。通过匹配定量的磁力显微镜数据与微磁模拟，我们发现，这两个阶段代表管状skyrmion和部分skyrmion（类似skyrmion bobbers）。此外，管状skyrmion可以转换为部分skyrmion。这样的多层系统因此可以用作使用不同类型的skyrmion设计skyrmion存储器应用的平台，并且潜在地用于使用薄膜器件中的垂直维度存储信息。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stable skyrmion bundles at room temperature and zero magnetic field in a chiral magnet
在铁磁体Co8Zn10Mn2中，通过脉冲电流和反向磁场实现了室温零磁场下稳定存在的Skyrmion束，并揭示了其作为被分数Hopfion包围的Skyrmion管的性质。
2025-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Driven Zero-Field Near-10 nm Skyrmions in Two-Dimensional van der Waals Heterostructures
磁性Skyrmions $-$定域手性自旋结构$-$在自旋电子学应用中显示了巨大的前景。最近二维（2D）磁性材料的发现为探索原子薄范德华（vdW）材料中的这种拓扑自旋结构提供了新的机会。尽管在二维磁体中稳定亚稳态skyrmions的研究取得了一些进展，但它们的直径仍然超过100 nm，并且它们的寿命还没有被探索。在这里，使用第一性原理计算和原子自旋模拟，我们预测，压缩机械应变导致稳定的零场skyrmions的直径接近10 nm的Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene vdW异质结构。这些独特的skyrmions的起源是由于高的可调性Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用和磁晶各向异性能的应变，一种效果，这是一般的Fe $_3$ GeTe $_2$异质结与屈曲基板。基于磁相互作用的第一性原理参数，我们用过渡态理论计算了保护Skyrmion不被湮灭的能垒和它们的寿命。我们发现应变Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene中的纳米尺度skyrmion在温度高达20 K时可以稳定数小时。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Annihilation and Control of Chiral Domain Walls with Magnetic Fields
磁畴壁的控制是几乎所有磁性技术的核心，特别是对于信息存储和自旋电子学。增加存储密度的创造性尝试需要克服由于纳米级域的热波动和加热限制引起的波动。拓扑缺陷，如孤子，skyrmions，和merons，可能是不太容易受到波动，由于拓扑约束，同时也是可控的低电流密度。在这里，我们提出的第一个证据孤子/孤子和孤子/反孤子畴壁的六角手征磁体Mn 1/3 NbS 2的响应不对称的磁场，并表现出对湮灭。这是重要的，因为它表明了控制孤子对的发生和使用小场或小电流来控制纳米级磁畴的可能性。具体地说，我们的数据表明，无论是孤子/孤子或孤子/反孤子对可以稳定通过调整之间的平衡的内在交换相互作用和长程静磁在限制的几何形状
2021-01-28 cond-mat.mes-hall
Surface pinning and triggered unwinding of skyrmions in a cubic chiral magnet
在立方手性磁体Fe $_{1-x}$ Co $_{x}$ Si中，通过场冷却样品，可以将包括拓扑非平凡自旋涡旋（所谓的skyrmions）的亚稳态保持到低温。这种亚稳的skyrmion态在能量上与拓扑平凡的基态分离了相当大的势垒，这种现象也被称为拓扑保护。使用磁力显微镜上的大块晶体的表面上，我们表明，某些位置优先和可重复地装饰亚稳态skyrmions，表明表面钉扎起着至关重要的作用。增加磁场可以使更多的skyrmion克服势垒，从而转变为基态。最值得注意的是，我们发现单个skyrmion的解旋可能是由磁尖本身触发的，然而，只有当它的磁化平行于外部场时。这意味着尖端的杂散场是局部克服拓扑保护的关键。拓扑非平凡态的位置控制以及它们的按需创建和湮灭在潜在的skyrmionic应用的背景下构成了重要的挑战。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion dynamics in a frustrated ferromagnetic film and current-induced helicity locking-unlocking transition
螺旋度-轨道耦合是阻挫磁体中磁skyrmions的一个有趣的特征。本文基于$J_{1}$ - $J_{2}$-$J_{3}$经典海森堡模型，考虑偶极-偶极相互作用，研究了阻挫磁体中Skyrmion的动力学.由于偶极-偶极相互作用，skyrmion能量获得螺旋度依赖性，导致具有固定螺旋度的电流诱导平移运动。最低的能量状态是简并布洛赫型状态，其可用于构建二进制存储器。通过增加驱动电流，发生螺旋度锁定-解锁转变，其中平移运动改变为旋转运动。此外，我们证明了两个skyrmion可以自发地形成一个束缚态。研究了驱动电流对束缚态分离的影响。此外，我们还证明了一对skyrmion和antiskyrmion的湮灭。我们的研究结果表明，独特的挫折skyrmions可能使可行的应用在拓扑磁性。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Voltage Controlled Magnetic Skyrmion Motion for Racetrack Memory
磁Skyrmion是一种拓扑稳定的涡旋自旋结构，由于其稳定性好、尺寸小、驱动电流密度极低等优点，有望成为未来纳米电子学的信息载体。Skyrmion最有前途的应用之一是构建赛道存储器（RM）。与畴壁基磁共振（DW-RM）相比，Skyrmion基磁共振（Sky-RM）在能量、密度和速度等方面具有许多优势。迄今为止，Skyrmion的成核/湮灭、运动和探测等基本行为已得到了深入的研究。然而，一个不可或缺的功能，即，Skyrmion的钉扎/去钉扎仍然是一个开放的问题，并且必须在将Skyrmion应用于RM之前解决。此外，目前的研究主要集中在物理调查，而电气设计和评估仍然缺乏。在这项工作中，我们的目标是促进Sky-RM从基础物理到现实电子学的发展。首先，我们研究了压控磁各向异性（VCMA）效应下纳米轨道中Skyrmion的钉扎/脱钉扎特性。然后，我们提出了一个紧凑的模型和设计框架的Sky-RM电气评估。这项工作完成了Sky-RM的基本存储功能，填补了物理学家和电子工程师之间的技术空白，为Sky-RM的发展迈出了重要一步。
2016-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Thermal Stability of Skyrmion Tubes in Nanostructured Cuboids
本研究利用洛伦兹TEM直接观测FeGe纳米长方体中的斯格明子管，结合微磁模拟揭示其在受限几何中的热稳定机制及场冷诱导的亚稳态扩展区域。
2025-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
