Inducing skyrmions in ultrathin Fe films by hydrogen exposure
磁skyrmions是一种具有粒子性质的纳米自旋局域结构，有望作为比特应用于下一代信息技术。未来基于skyrmion的应用的一个重要步骤是设计关键的磁性参数，以开发和稳定单个磁性skyrmion。在这里，我们演示了通过在样品中加载原子氢来调节Ir111衬底上Fe双层的非共线磁性状态。利用自旋极化扫描隧道显微镜发现，氢化体系在外加磁场中支持skyrmion的形成，而未氢化的Fe双电层则不支持.基于从头计算，我们归因于这种效果的海森堡交换和Dzyaloshinsky_Moriya相互作用，由于氢化的调谐。除了界面工程外，磁性薄膜的氢化为低维磁性材料中Skyrmion态的设计和优化提供了一条独特的途径。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Formation and stability of metastable skyrmionic spin structures with various topologies in an ultrathin film
通过自旋动力学模拟，采用从头计算的经典哈密顿量，在Pd $(111)$表面的（Pt $_{0.95}$ Ir $_{0.05}$）/Fe双层膜中观察到了亚稳态的局域自旋组态，其拓扑电荷从$Q=-3$到$Q=2$.我们证明了各向同性交换相互作用的挫折是负责这些不同类型的skyrmionic结构的创建。Dzyaloshinsky-Moriya相互作用目前由于在表面上的反演对称性的破坏积极有利于skyrmions与$Q=-1$，扭曲的形状的其他对象，并定义了一个优选的方向，为他们相对于底层晶格。
2017-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal close-packed polar-skyrmion lattice in ultrathin ferroelectric PbTiO3 films
本研究通过相场模拟构建超薄铁电PbTiO₃薄膜的温度-电场相图，揭示了六方密堆积极性斯格明子晶格的相变机制与稳定条件，验证了其晶格常数随厚度变化符合Kittel定律，为拓扑极性织构相关新型凝聚物相研发提供了基础。
2023-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Complex magnetic textures in Ni/Ir$_{n}$/Pt(111) ultrathin films
采用第一性原理计算和自旋动力学模拟相结合的方法研究了Ni/Ir $_{n}$ /Pt（111）（$n=0,1,2$）薄膜。最低的能量状态被预测为自旋螺旋，但与skyrmionic状态有微小的能量差异（大约几个$μ$ eV/原子）。自发低温skyrmions，与$\sim15$ nm到$\sim35$ nm的大小，产生于一个大的Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）和海森堡交换相互作用比，特别是，从一个大的面内DM矢量分量的最近的邻居。随着Ir缓冲层厚度的增加，Skyrmion粒子变得更大，更分散.此外，随着$n$的增加，当施加外部磁场或温度升高时，skyrmions稳定性降低。对于$n=0$和$n=1$，我们发现，亚稳态skyrmionium可以发生，其特征在于一个稍微较低的稳定性相对于外部场和较大的临界电流，相比skyrmions。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Momentum-Space and Real-Space Topological States in Metallic Strontium Ruthenate Ultrathin Films
本文通过研究超薄SrRuO3/SrIrO3异质结构，证实超薄SrRuO3在单层极限下仍保持金属性和拓扑能带结构，并排除了THE的双通道解释，为其中斯格明子的存在提供了证据。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci
A micromagnetic theory of skyrmion lifetime in ultrathin ferromagnetic films
我们使用的连续微磁框架推导出紧凑的skyrmion寿命公式由于热噪声在铁磁薄膜中具有相对较弱的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。在没有一个鞍点连接的skyrmion解决方案的铁磁状态，我们解释skyrmion崩溃事件作为“捕获的一个微尺度”。这产生了一个明确的Arrhenius崩溃率与势垒高度和前因子作为所有材料参数的函数，以及崩溃的动力学路径。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Asymmetric skyrmion-antiskyrmion production in ultrathin ferromagnetic films
具有受抑交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的超薄铁磁体可以支持拓扑孤子，如skyrmions和反skyrmions，它们是亚稳态的，可以被认为是粒子-反粒子对应物。当自旋轨道力矩被施加时，一个孤立的反克尔米子的运动被驱动超过其沃克极限，可以产生skyrmion-antiskyrmion对。在这里，我们使用原子自旋动力学模拟揭示在这对生成的散射过程。在某些条件下，这些粒子和反粒子的增殖可能会出现增长率和生产不对称性，这取决于手征相互作用的强度和自旋轨道转矩的耗散分量。这些特征在很大程度上是由反克尔米离子之间的散射过程决定的，这些散射过程可以是弹性的，也可以导致束缚态或湮灭。
2020-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films
磁性Skyrmions是一种拓扑非平凡的自旋织构，在纳米尺度的自旋电子器件中作为稳定的信息载体具有很大的应用前景。开发基于Skyrmion的新型存储器和逻辑器件的主要挑战之一是在环境条件下快速和受控地创建磁性Skyrmion。在这里，我们证明了单一的超快（35 fs）激光脉冲诱导产生的skyrmion气泡和skyrmion气泡晶格的铁磁状态在室温下溅射磁性薄膜。随着激光能量密度的增加，skyrmion泡密度逐渐增加，最终达到饱和，形成无序的六方晶格。此外，我们提出的skyrmion气泡晶格配置导致增强的拓扑稳定性相比，孤立的skyrmion，这表明其有前途的数据存储中的使用。我们的发现揭示了在常见材料中skyrmion气泡晶格的光学方法，为新兴的基于skyrmion的记忆和突触设备铺平了道路。
2018-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Current-Driven Skyrmion Dynamics and Drive-Dependent Skyrmion Hall Effect in an Ultrathin Film
磁性skyrmions是手征自旋纹理，持有作为纳米级信息载体的巨大希望。自从他们在室温下首次观测以来，在电流诱导操纵方面取得了进展，在杂散场耦合多层膜中报道了快速运动。然而，复杂的自旋纹理与混合手性和大的功耗在这些多层膜限制了他们的实际实施和基本了解其动力学。在这里，我们报告的电流驱动的运动的Néel skyrmions直径在100 nm的范围内的Pt/Co/MgO三层。我们发现，这些skyrmion可以驱动速度为100米/秒，并表现出驱动依赖的skyrmion霍尔效应，这是占钉扎效应。我们的实验得到了很好的证实的分析模型的skyrmion动力学以及微磁模拟，包括材料的不均匀性。这种良好的协议是由简单的skyrmion自旋结构，在我们的系统和一个彻底的表征其静态和动态特性。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of the hump anomalies in the Hall resistance loops of ultrathin SrRuO$_3$/SrIrO$_3$ multilayers
在SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$外延双层膜中可以形成非常小的Néel skyrmions，并且在栅控器件中可以利用电场效应来操纵这些skyrmions，这极大地促进了最近对SrRuO $_3$异质结构的研究.强的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，结合反转对称性的破缺，被认为是SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜中skyrmion形成的驱动力.在这里，我们研究了名义上对称的异质结构，其中一个铁磁SrRuO $_3$层被夹在大的自旋-轨道耦合SrIrO $_3$层，其中的条件是不利于出现净界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。以前的skyrmions的形成在不对称的SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层推断从异常霍尔电阻回路显示类似拓扑霍尔效应贡献的驼峰状功能。对称的SrIrO $_3$ /SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$三层膜在霍尔环中不显示驼峰异常。然而，对称多层膜的异常霍尔电阻环（其中三层膜多次堆叠）确实表现出类似于非对称SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜的驼峰状结构。霍尔效应环异常的起源可能存在于不可避免的差异，在电子和磁性的个别SrRuO $_3$层，而不是在形成的skyrmions。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetics of anti-skyrmions in ultrathin films
我们提出了一个相结合的分析和数值微磁学研究的平衡能量，大小和形状的反skyrmionic磁配置。当Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在两个正交的平面内方向上具有相反的符号时，反skyrmions可以稳定，从而打破磁性圆对称性。我们比较了在各向异性和各向同性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用下，当磁相互作用强度相同时，反Skyrmion和稳定的Skyrmion的平衡能量、大小和形状.当忽略偶极相互作用时，Skyrmion和反Skyrmion在各自的环境中具有相同的能量、形状和大小.然而，当考虑偶极相互作用时，反skyrmion的能量大大降低，其平衡尺寸相对于skyrmion增加。虽然skyrmion组态显示同手性Néel磁化旋转，但反skyrmion显示部分Néel和部分Bloch旋转。后者不产生磁荷，因此消耗较少的偶极能量。当磁能几乎相互抵消时，这两种磁结构都是稳定的，这意味着一个参数的微小变化可以急剧改变它们的结构，尺寸和能量。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Room-Temperature Skyrmion Thermopower in Fe3Sn2
我们提出了第一个室温下的skyrmion晶格的热电签名。这是在Fe3Sn2中观察到的，这是一种具有大量狄拉克费米子的Kagome狄拉克晶体，具有高温Skyrmion相。室温skyrmion晶格显示磁场依赖的波矢量，而热电势是由电子扩散机制为主，允许skyrmion气泡晶格检测。我们的研究结果铺平了道路，为未来的skyrmion为基础的设备的操纵的热梯度。
2020-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature skyrmions at zero field in exchange-biased ultrathin films
我们证明了在室温和零外部磁场下，在交换偏置的Pt/Co/NiFe/IrMn多层膜中，平均直径约为60 nm的磁skyrmions可以稳定存在.这是通过对多层堆叠组合物的先进优化来实现的，以便平衡控制skyrmion尺寸和稳定性的不同磁能。磁成像是用磁力显微镜和扫描氮空位磁力测定法进行的，后者在零外部磁场下提供明确的测量。在这样的样品中，我们表明，交换偏置提供了一个免疫力的skyrmion自旋纹理适度的外部磁场，在几十mT的范围内，这是一个重要的功能，作为存储设备的应用程序。这些结果建立交换偏置多层堆叠作为一个有前途的平台，有效地实现基于磁skyrmions的存储器和逻辑器件。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stable Neel-Twisted Skyrmion Bags in a van der Waals Magnet Fe3-xGaTe2 at Room Temperature
本研究在无需特殊Fe插层的范德华磁体Fe₃₋ₓGaTe₂中实现室温斯格明子袋的观测与电操控，建立其稳定温场相图并演示电控拓扑相变，为二维斯格明子器件设计提供新方向。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion-Bubble Bundles in an X-type Sr2Co2Fe28O46 Hexaferrite above Room Temperature
本研究在X型Sr2Co2Fe28O46六角铁氧体中实现了室温及以上温度下具有不同拓扑荷和形貌的斯格明子-气泡束，并通过微磁学模拟验证，为多Q拓扑自旋电子器件发展提供了新材料平台。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Local Manipulation of Skyrmion Lattice in Fe3GaTe2 at Room Temperature
本文在范德瓦尔斯铁磁体 Fe3GaTe2 中实现室温本征斯格明子态，并利用变温磁力显微镜对其进行局域操控，证明该材料有望用于层状自旋电子存储器件。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Tunable room temperature magnetic skyrmions in centrosymmetric kagome magnet Mn$_4$Ga$_2$Sn
基于skyrmion的自旋电子器件的成功实现取决于skyrmion宿主材料中潜在的磁相互作用的容易操纵。虽然非中心对称磁体中Skyrmion的形成机制已被全面确立，但中心对称磁体中不同类Skyrmion磁性织构的稳定化过程仍需进一步研究。在这里，我们利用洛仑兹透射电子显微镜研究报告的可调skyrmion晶格的中心对称的可果梅铁磁体Mn $_4$ Ga $_2$ Sn的发现到室温。我们证明了拓扑skyrmions和非拓扑II型磁泡之间的受控切换可以实现在最佳磁各向异性。我们发现，拓扑skyrmions是能量最稳定的磁性物体中的中心对称的六边形磁铁，而在平面内的磁场的应用稳定的II型磁泡作为一个激发态。目前的研究是一个重要的一步，了解skyrmion稳定机制，在中心对称材料的未来应用。
2022-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque induced dipole skyrmion motion at room temperature
我们证明了确定性控制的偶极场稳定的skyrmions的重过渡金属种子层所产生的自旋轨道力矩的装置。实验上进行非晶Fe/Gd多层膜，图案化成线，并表现出条纹域和偶极skyrmions在室温下。我们发现，虽然域壁和skyrmions平均是非手性的，由于缺乏Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，在每个表面的Néel样封闭域壁是手性的，可以耦合到自旋轨道扭矩。报道了不同磁相的电流诱导畴的演化，包括无序条纹畴、共存条纹和偶极skyrmion以及紧密堆积的偶极skyrmion晶格。磁性织构在电流密度约为10^8 A/m2的电流激励下表现出运动。通过比较不同重过渡金属界面的Fe/Gd薄膜中磁自旋织构的运动，我们证实了自旋电流可以通过自旋-轨道矩来操纵非手性偶极skyrmions.
2018-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Various and Spontaneous Magnetic Skyrmionic Bubbles at Room-Temperature in a Frustrated Kagome Magnet with Uniaxial Magnetic Anisotropy
在室温下，在具有单轴磁各向异性的受抑可果梅磁体Fe_3Sn_2中，首次实验观察到了各种自发的磁skyrmionic气泡。利用原位Lorentz透射电子显微镜研究了磁化动力学，揭示了不同磁泡和磁畴之间的转变是通过外磁场驱动布洛赫线的运动实现的。结果表明，Fe3Sn2有利于在室温下的拓扑自旋织构的独特的磁性控制，使其成为进一步的skyrmion为基础的自旋电子器件的一个有前途的候选人。
2017-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature zero field skyrmions in Fe-based thin film stacks
需要一种新的范式来促进对未来巨大数据存储容量和更快数据处理的需求。纳米结构，如磁性skyrmions已被预测解决这个问题，因为这些涡旋结构是最小的颗粒状磁性特征，并从拓扑学上保护免受晶体缺陷或磁性无序。本文报道了电子束蒸发Ir Fe Ir MgO薄膜叠层在室温和零外加电场下的稳定skyrmions。微磁学模拟表明，这些skyrmions是由界面Dzyaloshinskii Moriya之间的铁磁和重金属超薄层值在3.1至3.6之间的相互作用引起的。我们还显示了场的skyrmion的宽度和密度的依赖关系。室温零场宽度为110 nm，与Fert等人和Boulle等人对于多层薄膜所示的值大致相当。DFT计算证实了我们的实验结果，预测的α值为3.67。
2017-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature sub-100 nm Néel-type skyrmions in non-stoichiometric van der Waals ferromagnet $\rm Fe_{3-x}GaTe_{2}$ with ultrafast laser writability
通过在室温二维磁体Fe3GaTe2中引入铁缺位打破反演对称性并诱导显著DMI，实现了室温亚100 nm Néel型斯格明子，并利用单飞秒激光脉冲演示超快写入，为磁光器件提供新路径。
2024-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmions at room temperature : From magnetic thin films to magnetic multilayers
面对不断增长的数据存储需求，很可能需要一种新的模式。磁性Skyrmions有望解决这个问题，因为它们可以说是自然界中磁性薄膜中最小的自旋纹理。我们设计了钴基多层薄膜，其中钴层夹在两种重金属之间，提供添加剂界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，在Ir/Co/Pt多层膜的情况下达到约2 mJ/m2。使用磁化敏感的扫描X射线透射显微镜技术，我们成像磁泡状域在这些多层膜。通过对它们在磁场中行为的研究，我们得出结论：它们实际上是由Dzyaloshinsskii-Moriya相互作用稳定的磁性skyrmion。这种在室温下在技术相关材料中发现的稳定skyrmions为不久的将来的设备应用开辟了道路。
2015-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion stabilization at the domain morphology transition in ferromagnet/heavy metal heterostructures with low exchange stiffness
我们报道了在室温下在几种Pt/Co基薄膜异质结构中的微米级磁skyrmions的实验观察，这些异质结构被设计成具有低交换刚度、垂直磁各向异性和适度的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iiiT）。我们发现，无论是实验和微磁学和分析建模，低交换刚度和适度的iFLOW的组合行动消除了充满活力的惩罚与形成畴壁的薄膜异质结构。当畴壁能量密度接近负值时，锐钛矿畴形态从均匀状态转变为锐钛矿条纹相。在Pt/Co、Pt/Co/Ni和Pt/Co/Ni/Re结构中，通过将Co厚度减小到居里温度极限（<0.3nm）来实现低交换刚度（由居里温度降低到400 K以下表示）。当Ni层与Cu合金化时，在较厚的Pt/Co/NixCu 1-x结构中发生类似的效果。在畴形态的这种转变处，当施加小的（< 1 mT）垂直磁场时，skyrmion相稳定，并且观察到包括skyrmion霍尔效应的电流诱导的skyrmion运动。观察到的温度和厚度引起的形态相变是类似的充分研究的自旋重取向转变发生在的限制，但我们发现，基本的能量平衡的存在下，一个irons的修改。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Ferrimagnetic Skyrmions in a Tetragonal Mn1.9Co0.1Sb Single Crystal at Room Temperature
Anhui University（安徽大学）；Wuhan University of Technology（武汉理工大学）；High Magnetic Field Laboratory, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心）
研究室温下四方晶系Mn1.9Co0.1Sb单晶中亚铁磁斯格明子，利用洛伦兹透射电子显微镜和微磁模拟，发现其磁行为及演化机制，确定固有频率可达太赫兹量级，为开发新型自旋电子器件开辟新途径。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Additive interfacial chiral interaction in multilayers for stabilization of small individual skyrmion at room temperature
面对不断增长的数据存储需求，很可能需要一种新的模式。纳米尺度的磁性Skyrmions有望解决这个问题，因为它们可以说是自然界中磁性薄膜中最小的自旋织构。我们设计了钴基多层薄膜，其中钴层夹在两种重金属之间，提供添加剂界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，其在Ir |Co| Pt不对称多层膜的情况下达到接近2 mJ m-2的值。使用磁化敏感的扫描X射线透射显微镜技术，我们成像小磁畴在非常低的领域在这些多层膜。对它们在垂直磁场中行为的研究使我们得出结论，它们实际上是由大的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用稳定的磁性skyrmion。在室温下在技术相关材料中发现稳定的亚100 nm单个skyrmions为不久的将来的器件应用开辟了道路。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Giant 2D Skyrmion Topological Hall Effect with Ultrawide Temperature Window and Low-Current Manipulation in 2D Room-Temperature Ferromagnetic Crystals
本文在2D室温铁磁Fe3GaTe2-x晶体中实现了超宽温度窗口（2-300 K）的巨型拓扑霍尔效应，并实现了低临界电流密度的室温电流操控，为实用自旋电子器件铺路。
2023-10-07 cond-mat.mtrl-sci
A route to room temperature ferromagnetic ultrathin SrRuO$_3$ films
尽管基于密度泛函理论（DFT）和DFT+U的期望，但迄今为止稳定过渡金属氧化物薄膜铁磁性的实验努力都失败了。在这里，我们调查的最有前途的材料之一，SrRuO $_3$，并包括超越DFT的相关效应通过动力学平均场论。与实验结果一致，我们发现SrRuO $_3$薄膜中金属铁磁性存在一个本征厚度限制。事实上，我们证明，实现的铁磁薄膜是遥不可及的标准薄膜技术。提出载流子掺杂作为一种新的方法来操纵薄膜，我们预测室温铁磁性的电子掺杂SrRuO $_3$超薄膜。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Characterization of a Disordered Above Room Temperature Skyrmion Material Co8Zn8Mn4
拓扑非平凡的自旋织构为未来的自旋电子学应用提供了巨大的希望。Skyrmions由于其纳米尺寸，拓扑保护和通过超低电流密度的高迁移率而特别受到人们的关注。先前已经通过磁化率、显微镜和散射技术报道了Co $_{8}$ Zn $_{8}$ Mn $_{4}$形成高于室温的三角形skyrmion晶格。在这里，我们报告的多晶Co $_{8}$ Zn $_{8}$ Mn $_{4}$大块样品的合成过程和表征。我们采用粉末X射线衍射，背散射劳厄衍射，中子衍射作为表征工具的样品的结晶度，而磁化率和小角中子散射（SANS）测量进行研究的skyrmion相。磁化率测量表明，在磁化曲线中的倾斜异常，持续在约305 K- 315 K的范围内。SANS测量揭示了旋转无序的多畴Skymrion晶格。应用最近开发的破环磁场序列，我们能够定向和顺序先前堵塞的状态，产生原型六边形衍射图案，与二次衍射环。
2020-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Curie temperature and room-temperature 50-nm skyrmions achieved in hexagonal ferromagnet Mn5Ge3+x synthesized via a high-pressure method
Anhui University（安徽大学）；Institutes of Physical Science and Information Technology, Anhui University（安徽大学物理科学与信息技朮研究所）；High Magnetic Field Laboratory, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心）；Hefei Normal University（合肥师范学院）
研究通过高压合成技术提高Mn5Ge3+x晶体居里温度，实现室温下50nm斯格明子的稳定性，利用微磁模拟和磁输运测量等方法，展现其在自旋电子器件应用中的潜力，包括对单个斯格明子的电学操纵和检测。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous Ferrimagnets: an Ideal Host for Ultra-Small Skyrmions at Room Temperature
近年来，磁性skyrmion已成为磁性材料研究中的一个活跃的基础研究和应用课题。磁skyrmions是具有拓扑保护的涡旋状自旋激发，因此与磁畴壁相比对钉扎更鲁棒。我们采用原子模拟，以创造室温超小尼尔skyrmions在非晶亚铁磁体。超小亚铁磁skyrmion的快速传播和低耗散动力学使它们成为基于自旋的存储器和逻辑器件中畴壁的替代品。
2019-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion formation in nanodiscs using magnetic force microscopy tip
在这篇手稿中，我们证明了skyrmion形成的纳米点使用磁力显微镜尖端。亚微米尺寸的点的基础上托管界面Dzyaloshiskii-Morya相互作用的Pt/Co/Au多层膜在实验中使用。我们已经发现，由磁性尖端产生的尖端场显着影响纳米点的磁化状态，并导致skyrmions的形成。微磁学模拟解释了在磁力显微镜扫描过程中磁态的演变，并证实了skyrmion形成的可能性。在这个过程中的关键转变是马蹄形磁畴的形成。我们发现用磁探针形成skyrmion是一个可靠和重复的过程。我们的研究结果为纳米点中skyrmions的形成提供了一个简单的解决方案。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced nucleation and motion of zero field skyrmion
我们研究了在没有外加磁场的情况下，磁性薄膜中Skyrmions的稳定化和电操纵。我们表明，这需要增加的磁各向异性，控制的样品厚度，相比通常的skyrmionic样品，使均匀的状态对应于零场基态和skyrmions亚稳态激发。虽然skyrmion稳定在零场被证明在一个广泛的厚度范围内，电气控制似乎是更苛刻的，以避免skyrmion变形。在最薄的样品中，大的磁各向异性防止skyrmion变形，我们表明，它们可以通过电流脉冲逐渐成核，这强调了唯一可能的过渡发生在均匀和skyrmion状态之间。零磁场中的孤子skyrmions具有与场稳定的孤子skyrmions相同的性质，当被自旋轨道力矩激发时，具有长期稳定性和高迁移率。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and room temperature skyrmions in W/CoFeB/MgO thin films and microwires
最近的研究表明，缺乏结构反转对称性和具有高自旋轨道耦合的材料结构可以表现出手性磁织构和skyrmions，这可能是下一代存储设备的关键组成部分。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction）是一种反对称的交换相互作用，有利于相邻自旋的非共线取向。已经表明，具有高介电常数的材料系统可以通过自旋轨道力矩导致非常有效的畴壁和skyrmion运动。为了设计这样的装置，重要的是量化给定材料系统的介电常数。在这里，我们提取的重金属（HM）/铁磁体（FM）接口处的重金属，使用两个互补的测量方案，即不对称畴壁运动和磁条湮灭。通过使用两种不同的测量方案，我们发现对于W（5 nm）/Co20 Fe 60 B20（0.6nm）/MgO（2nm），λ分别为0.68 +/-0.05mJ/m2和0.73 +/-0.5mJ/m2。此外，我们表明，这种稳定的skyrmions在室温下，并有一个很强的依赖性的CoFeB合金的相对组成上的稳定的skyrmions。最后，我们使用不同的生长条件优化的层和界面，并证明，更高的沉积速率导致更均匀的膜，减少钉扎和skyrmions，可以操纵的自旋轨道扭矩。
2017-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid chiral domain walls and skyrmions in magnetic multilayers
自从发现界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用以来，铁磁薄膜中的非共线自旋织构一直是人们研究的热点。这种反对称交换相互作用选择一个给定的手征自旋纹理，并允许稳定的配置与非平凡的拓扑结构。此外，它对这些拓扑结构的动力学性质有许多重要的影响，包括手征畴壁（DW）和磁skyrmion。近年来，对非共线自旋织构的研究已从单磁性多层膜扩展到具有破缺反转对称性的磁性多层膜。这种结构在垂直方向上的延伸使得Néel DW和skyrmions都能非常有效地进行电流诱导运动和室温稳定性。在这里，我们展示了如何在这样的多层系统的层间相互作用，实际上可以导致更复杂的，混合手性磁化安排。所描述的厚度相关的重新取向的DW实验证实通过研究退磁多层膜，通过圆二色性在X射线共振磁散射。我们还证明了一个简单而可靠的方法，用于确定的幅度从静态域的测量，即使在这些混合手性结构的存在下，通过考虑到实际配置文件的DW。这些新的混合手性纹理的出现具有深远的影响，如何稳定和操纵DW以及skymionic结构的磁性多层膜。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Strain Induced Robust Skyrmion lattice at Room Temperature in van der Waals Ferromagnet
该研究在柔性 Fe3GaTe2 中利用约 0.80% 应变实现无场、室温且耐机械循环的斯格明子晶格，并归因于对称性降低与 DMI 增强。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Above-room-temperature intrinsic ferromagnetism in ultrathin van der Waals crystal Fe$_{3+x}$GaTe$_2$
本文报道了超薄范德华晶体Fe$_{3+x}$GaTe$_2$中通过调节Fe含量实现的室温以上本征铁磁性，3 nm Fe$_{3.3}$GaTe$_2$具有创纪录的340 K居里温度和优异的垂直磁各向异性，为二维自旋电子学应用开辟了新途径。
2024-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deterministic creation and deletion of a single magnetic skyrmion observed by direct time-resolved X-ray microscopy
基于磁skyrmions的自旋电子器件由于其纳米尺寸、拓扑保护的稳定性和高效的电流驱动动力学而成为下一代存储器应用的有希望的候选者。自从最近发现室温磁skyrmion以来，已经有关于电流驱动skyrmion在磁轨道上位移的报道，以及电流脉冲驱动skyrmion产生的演示。然而，在室温下单个skyrmion的受控湮灭仍然难以捉摸。在这里，我们证明了确定性的写入和删除的单个孤立的skyrmions在室温下的亚铁磁GdFeCo薄膜与设备兼容的带状线几何形状。该过程是由电流脉冲，诱导自旋轨道扭矩的应用程序驱动，并直接观察到使用时间分辨纳米X射线成像技术。我们提供了一个有效的和确定性的写入和删除过程的电流脉冲轮廓。利用微磁学模拟，我们还揭示了在这个过程中发生的拓扑波动的微观机制。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Half-skyrmions and Bimerons at room temperature
在追求后CMOS技术的过程中，铁磁skyrmions及其反粒子在逻辑存储器或神经元器件中作为拓扑保护的孤子信息载体显示出了巨大的前景。然而，铁磁体中偶极场的存在限制了超小拓扑织构的形成，以及自旋力矩驱动时有害的Skyrmion霍尔效应，阻碍了它们的实际应用。反铁磁类似物被认为具有相对论动力学、快速无偏运动和尺寸标度等性质，近年来受到广泛关注，但在天然反铁磁系统中的实验实现还没有出现。在这里，我们展示了一个家庭的拓扑反铁磁自旋纹理的$α$ -Fe $_2$ O $_3$ -地球丰富的氧化物绝缘体-覆盖有Pt覆盖层。通过利用一阶类似的Kibble-Zurek机制，我们稳定的外来merons反子（半skyrmions），和双重子，它可以被擦除的磁场和再生的温度循环。这些结构具有约100 nm的特征尺寸，可以通过精确调节交换和各向异性进行化学控制，并具有进一步缩放的途径。驱动电流为基础的自旋扭矩的重金属覆盖层，这些AFM纹理中的一些可能会出现在室温下的低能量反铁磁自旋电子学的主要候选人。
2020-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Current-driven dynamics and inhibition of the skyrmion Hall effect of ferrimagnetic skyrmions in GdFeCo films
磁skyrmions旋转的磁性纹理与新的特点，适合未来的自旋电子学和拓扑学的应用。最近的研究证实了Skyrmion在铁磁体中的室温稳定性。然而，这样的铁磁skyrmion显示出不期望的拓扑效应，skyrmion霍尔效应，这导致它们朝向器件边缘的电流驱动运动，其中skyrmion可以容易地被拓扑缺陷湮灭。最近的理论研究已经预测了反铁磁交换耦合skyrmions增强的电流驱动行为。在这里，我们提出了这些skyrmions和它们的电流驱动的动力学在亚铁磁GdFeCo薄膜的稳定。通过利用特定元素的X射线成像，我们发现，在Gd和FeCo子层的skyrmion是反铁磁交换耦合。我们进一步证实了亚铁磁Skyrmion可以以约50 m s-1的速度运动，约化Skyrmion Hall角θSkHE约为20°。我们的研究结果打开了亚铁磁和反铁磁skyrmionics的大门，同时提供了关键的实验证据，最近的理论研究。
2018-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Observation of stable Neel skyrmions in Co/Pd multilayers with Lorentz transmission electron microscopy
Neel skyrmions是高度的兴趣，由于其在各种自旋电子器件的潜在应用，目前可在重金属/铁磁双层和多层膜与强大的Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。在这里，我们报告的直接成像的手性自旋结构，包括skyrmion在交换耦合的Co/Pd多层在室温下与洛伦兹透射电子显微镜，高分辨率的技术，以前建议表现出没有尼尔skyrmion对比度。相位恢复方法使我们能够映射的skyrmion核心的内部自旋结构，确定一个25纳米的均匀磁化的中心区域，然后由一个更大的区域，其特征在于从旋转面内到面外。在厚磁性多层膜中，没有稳定的面外场的室温skyrmions内部自旋结构的形成和解析开辟了一套新的工具和材料来研究与手征有序和skyrmions相关的物理和器件应用。
2017-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Zero-field topological Hall effect in BiSb/MnGa bi-layers as a signature of ground-state skyrmions at room temperature
利用拓扑霍尔效应（THE），在BiSb拓扑绝缘体/ MnGa双层膜中观察到零场基态Skyrmion的特征.我们观察到一个大的临界界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用能（5.0 pJ/m）的BiSb/MnGa界面，可以通过控制退火温度的MnGa模板定制。在室温下，即使在没有外加磁场的情况下，也观察到了THE，这为MnGa/BiSb双层膜中存在磁稳定skyrmion提供了有力的证据.我们的研究结果将提供洞察的作用，通过合适的材料选择和生长技术，在室温下产生稳定的skyrmions定制的界面的。
2019-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in perpendicularly-magnetized Pt/Co/AlO$_x$ ultrathin films measured by Brillouin light spectroscopy
采用Damon-Eshbach几何条件下的布里渊散射光谱研究了不同Co厚度（0.6-1.2 nm）的Pt/Co/AlO $_x$ /Pt薄膜中的自旋波.测量结果表明，一个显着的非互易传播，这与减少Co厚度增加。这种非互易性归因于界面的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction），这种相互作用明显强于这种模式的表面各向异性引起的不对称性。结果是一致的界面的极化常数$D_s = -1.7 \pm 0.11$ pJ/m，这有利于左手手性自旋结构。这表明厚度低于1 nm的这种薄膜应该支持像skyrmions这样的新手性态。
2015-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Spin-wave spectroscopy on Dzyaloshinskii-Moriya interaction in room-temperature chiral magnets hosting skyrmions
本文研究了室温附近可容纳磁skyrmion的手征磁体FeGe和Co-Zn-Mn合金的自旋波传播特性。基于反向传播自旋波之间的频移，直接计算了Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用的大小和符号。所得到的磁性参数定量地解释了skyrmion的大小和螺旋度以及它们的材料变化，证明了DM相互作用在这类室温手性磁体中skyrmion的形成中起着决定性的作用。因此，自旋波传播光谱可以成为研究体相单相化合物中DM相互作用的有效工具。我们的研究结果也证明了在室温下基于手性晶体结构的自旋波二极管的功能。
2017-05-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen-Octahedral-Tilting-Driven Topological Hall Effect in Ultrathin SrRuO3 Films
拓扑自旋纹理作为一类新兴的拓扑物质，为信息的存储和处理提供了一种媒介。最近发现的拓扑霍尔效应（THE）被认为是电探测非平凡自旋织构的指纹。但是氧化物中THE的起源仍然难以捉摸。在这里，我们报告的观察THE的单位细胞。u.c.）在SrTiO 3（001）衬底上生长的4d铁磁SrRu O 3薄膜，这可以归因于自旋结构的手性有序（即，Skyrmion状）而不接触5d氧化物SrIrO 3层。结果表明，在SrRuO 3/SrTiO 3界面上存在由局部正交-四面体结构相变引起的RuO 6八面体倾斜，从而自然地破坏了反转对称性.我们的理论计算表明，Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用的出现，由于破缺的反转对称性和强的自旋轨道相互作用的4d SrRuO 3。这种DM相互作用可以稳定Néel型磁skyrmions，这反过来又解释了在运输中观察到的THE。RuO 6八面体倾斜诱导的DM相互作用提供了一条通往拓扑自旋织构和所得THE的电控制的途径，这在实验和理论上都得到了证实。除了基本意义外，本工作中对氧化物中THE及其电学操纵的理解可以推进低功耗拓扑电子学和自旋电子学应用。
2018-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Stable room-temperature multiferroic skyrmions in lithium niobate with enhanced Pockels effect
本研究通过磁场退火与快速退火结合的方法，首次在铌酸锂中观测到室温稳定的多铁性磁性斯格明子，该结构可显著提升铌酸锂的普克尔斯系数与电光调制器效率。
2024-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Multiferroic Skyrmions in LiNbO3 with enhancement in electric-optical property
本研究首次在实验上验证了铌酸锂中铁电诱导铁磁性机制，发现了室温稳定的多铁性斯格明子，且其线性电光效应增强超200%，为相关领域研究提供重要支撑。
2024-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring composite skyrmionic spin textures in an above-room-temperature ferromagnet Fe3-xGaTe2
本文通过磁力显微镜研究非化学计量比Fe3-xGaTe2中铁缺乏诱导的斯格明子自旋纹理演化，建立拓扑转变路径模型，并在室温下可控实现了斯格明子ium、斯格明子袋和袋态等复合拓扑自旋纹理。
2025-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlled Ordering of Room-Temperature Magnetic Skyrmions in a Polar Van der Waals Magnet
本文研究极性范德瓦尔斯磁体中室温零场斯格明子相的凝聚，提出利用 μm 尺度结构限域构建有序斯格明子晶体，实现对器件相关尺度有序—无序转变的控制。
2022-10-05 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
A new class of chiral materials hosting magnetic skyrmions beyond room temperature
Skyrmions是一种具有拓扑结构的涡旋状纳米自旋结构，由于其在电磁响应和自旋电子学中的应用而引起了人们的广泛关注。特别地，具有手性和立方/四方晶体结构的金属磁体可以具有高电势以容纳可以由低电流激励驱动的skyrmion。然而，迄今为止，对于金属手性磁体，特别是MnSi型B20化合物，Skyrmions的实验观察仅限于室温以下。对于技术应用，关键是要超越这一限制。在这里，我们证明了形成的skyrmions具有独特的自旋螺旋在室温和以上的立方手性磁体的家庭：β-Mn型钴锌锰合金与不同的手性空间群的B20化合物。洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）、磁化强度和小角中子散射（SANS）测量明确地揭示了在施加磁场（H<~1 kOe）下以薄板（厚度<150 nm）和块状形式形成的skyrmion晶体。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Room Temperature Magnetic Skyrmions in Ir/Fe/Co/Pt Multilayers
磁skyrmions是纳米级的拓扑自旋结构，为下一代信息存储技术提供了巨大的希望。最近在几种多层膜中发现了亚100 nm室温（RT）skyrmions，这引发了人们对调制其物理性质以用于器件的积极努力。在这里，我们提出了一个可调RT skyrmion平台的基础上，多层堆叠的Ir/Fe/Co/Pt，我们研究使用X射线显微镜，磁力显微镜和霍尔传输技术。通过改变铁磁层的组成，我们可以调整磁相互作用的Skyrmion属性，从而调整其热力学稳定性参数的数量级。Skyrmions在样品中表现出孤立（亚稳态）和无序晶格构型之间的平滑交叉，而它们的大小和密度可以分别调节2和10倍。因此，我们建立了一个平台，调查功能的子50纳米RT skyrmion，指向基于skyrmion的存储设备的发展。
2017-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing layered 2D skyrmion lattices in moiré magnetic hetero-structures
本文理论研究扭转 CrBr_3/CrI_3 莫尔磁性异质结构，利用界面 DMI 与手性层间场在零磁场下构建层状铁磁及反铁磁斯格明子晶格。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Anisotropy-dependent decay of room temperature metastable skyrmions and a nascent double-$q$ spin texture in Co$_{8}$Zn$_{9}$Mn$_{3}$
研究Co₈Zn₉Mn₃中平衡与亚稳态斯格明子，发现室温衰减强烈依赖磁各向异性，并识别出可作为衰减中间态的新生double-q自旋织构。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Discovery of Magnetic Antiskyrmions Beyond Room Temperature in Tetragonal Heusler Materials
Skyrmions是一种拓扑稳定的自旋织构，是新一代自旋电子器件的重要组成部分。一般来说，Skyrmions的稳定化已经在具有破缺反转对称性的系统中实现，其中不对称的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）将均匀磁状态修改为涡旋状态。根据晶体的对称性，实验上观察到两种不同类型的Skyrmion，Bloch和Néel类型。在这里，我们提出了一种特殊类型的自旋涡旋，即反kyrmions，在一个家庭的偏心tetrahederheusler化合物与D2 d晶体对称性的实验表现。在宽温度区间内沿四极轴方向施加磁场，使在四极基面内传播的螺旋磁基态转变为Skyrmion晶格态.洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）的直接成像显示，在100 K和400 K之间的场稳定的反kyrmion晶格和孤立的反kyrmion，和零场亚稳态反kyrmion在低温下。
2017-03-03 cond-mat.mtrl-sci
