Ultrafast electron-phonon scattering in antiferromagnetic Dirac semimetals
该研究针对拓扑反铁磁狄拉克半金属超快自旋电子动力学认知不足的问题，从理论上研究其电子-声子散射的自旋相关动力学，发现可通过超短时间载流子动力学识别各向异性能带结构的特征。
2025-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic staggered spin-orbit torque for the electrical control of antiferromagnets -- application to CrI$_3$
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
研究揭示了本征锯齿形自旋轨道扭矩在电控反铁磁体中的作用，通过CrI$_3$的计算验证了该机制对Néel向量确定性切换的贡献。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast and Energy-Efficient Quenching of Spin Order: Antiferromagnetism Beats Ferromagnetism
通过比较飞秒激光脉冲在同一种材料-金属镝-中诱导的铁磁和反铁磁动力学，我们发现两者的行为根本不同。反铁磁序是相当快，更有效地操纵比其铁磁对应的光激发。我们将反铁磁体中快速而高效的过程归因于自旋系统中原子间角动量的转移。我们的研究结果不仅揭示了这种角动量转移通道在反铁磁体和其他具有非平行自旋排列的磁性结构中是有效的，而且还指出了一条实现磁性器件节能自旋操纵的可能途径。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast optically induced ferromagnetic state in an elemental antiferromagnet
我们提出了一个超快的光学诱导的反铁磁Mn在Co/Mn多层膜的铁磁排列的证据。我们观察到瞬态铁磁信号的泵脉冲在Mn L $_3$共振使用x射线磁圆二色性反射率的到来。的效果的时间尺度是可比的激励的持续时间，并发生在Co的磁化淬灭之前。理论计算指出，这种瞬态铁磁态的出现由Co界面引起的Mn未占据态的不平衡的人口。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond Spin-Orbit Torque Induced Coherent Magnetization Switching in a Ferromagnet
本研究通过避免磁畴成核过程并相干驱动磁化，实验实现了无孵化延迟的皮秒级超快自旋轨道力矩诱导铁磁体翻转，完全翻转仅需约250 ps，为大幅提升SOT-MRAM器件写入速度提供了潜在途径。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ultrafast generation and dynamics of isolated skyrmions in antiferromagnetic insulators
基于原子自旋动力学模拟，我们报道了在受限几何条件下超快产生单个反铁磁（AFM）skyrmion。这一过程是通过短激光脉冲产生的非热逆法拉第效应所诱导的有效磁场来实现的。由此产生的磁场可以核一个孤立的skyrmion作为一个拓扑保护的亚稳态在共线反铁磁体与小Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。一个单一的skyrmion的半径示出增加，通过施加均匀的直流磁场和在增加的温度。为了研究原子力显微镜可能的自旋热电子学现象，我们研究了skyrmion动力学下施加的温度梯度分析和数值。反铁磁skyrmions纵向移动向较热的区域，但相比之下，小skyrmions在非常低的阻尼制度向较冷的一侧移动，无论交错的拓扑电荷数，速度比它们的铁磁对应物快得多。
2019-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proper dissipative torques in antiferromagnetic dynamics
毫无疑问，铁磁系统的磁化动力学由Landau-Lifshitz-Gilbert方程或其在各种自旋力矩下的推广所控制。与此相反，文献中有几组具有不同形式耗散力矩的双子格反铁磁体（AFM）的动力学方程，而没有合适的多子格反铁磁体和亚铁磁体的动力学方程。在这里，我们引入了一般的瑞利耗散泛函的拉格朗日方程，并推导出适当的形式的耗散扭矩的唯象方程的原子力显微镜与多子晶格。发现了一种由亚晶格间拖曳效应产生的新型耗散扭矩，它对磁振子寿命和畴壁运动有重要影响。特别是，我们的理论统一了文献中不同的AFM动力学方程。
2017-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adiabatic and Nonadiabatic Spin-transfer Torques in Antiferromagnets
磁序中的电子输运与磁序动力学之间存在相互依赖关系，这为自旋相关现象提供了关键机制。近年来，反铁磁序作为磁序受到关注，其中电子输运对磁序的典型影响--电流诱导自旋转移矩一直存在争议，主要原因是缺乏基于量子场论的解析推导。本文建立了弱倾斜反铁磁体中缓变交错磁化强度自旋转移矩的微观理论。在我们的理论中，电子被捕获的成键/反键态，其中每一个是系统的本征态，双简并，并在空间上扩展到亚晶格，因为电子跳跃。本征态的自旋一般依赖于动量，在不考虑自旋-轨道耦合的情况下，在没有位置反转对称性的情况下，会出现非平凡的自旋-动量锁定。本征态的自旋流中包含一个与由动量空间导数定义的规范场成正比的反常分量，并在磁化强度上产生绝热自旋转移力矩。出乎意料的是，我们发现其中一个非绝热转矩具有与绝热自旋转移转矩相同的形式，而所获得的绝热和非绝热自旋转移转矩的形式与基于对称性考虑的唯象推导一致。这一发现表明，反铁磁体中自旋转移力矩的传统解释应该改变。我们的微观理论为反铁磁体中自旋相关的物理提供了基本的理解。
2020-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Spin-Orbit Torques in an Antiferromagnetic Insulator with Tilted Easy Plane
反铁磁体内部自旋织构的电操纵为发展具有优异速度和高器件密度的自旋电子学提供了新的机会。然而，由于不同亚晶格之间复杂的相互作用，将自旋电流注入反铁磁体并实现有效的自旋-轨道-力矩诱导开关仍然具有挑战性。与此同时，由于磁化率的降低，反铁磁物质中电流感应磁动力学的性质和大小仍然很难表征，而杂散效应使实验解释进一步复杂化。在这项工作中，通过沿非基面取向生长反铁磁绝缘体薄膜α-Fe_2 O_3，我们实现了一种结构，其中注入的自旋电流可以在倾斜的易平面内鲁棒地旋转Néel矢量，其效率与经典铁磁体相当。自旋-轨道力矩效应在其他竞争机制中脱颖而出，并导致清晰的开关动态。由于这种新的机制，在通常采用的正交开关的几何形状相比，我们实现了双极反铁磁开关沿同一个通道，一个几何形状，这是更实用的设备应用的正电流和负电流。通过使有效的自旋-轨道力矩控制反铁磁有序，倾斜的易平面几何引入了一个新的平台，定量了解反铁磁体的开关和振荡动力学。
2022-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of unconventional spin polarization induced spin orbit torque in L1$_2$-ordered antiferromagnetic Mn$_3$Pt thin films
非共线反铁磁体由于具有非平凡的自旋拓扑结构而表现出更丰富的磁输运性质，这使得我们能够利用手性更自由地操纵电荷-自旋转换。在这项工作中，我们探讨了非常规的自旋轨道扭矩的L1 $_2$有序锰$_3$铂与三角形自旋结构。我们观察到（001）取向的L1 $_2$ Mn $_3$ Pt沿$\mathbf{x}$方向的非常规自旋轨道矩，并发现它具有相对于晶向的独特符号反转行为。L1 $_2$ -有序Mn $_3$ Pt的这种非常规自旋轨道扭矩的产生可以解释为源于磁自旋霍尔效应。这一结果有助于阐明非共线反铁磁体的自旋拓扑非平凡结构与电荷自旋转换之间的关系。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque switching of Néel order in band-inverted antiferromagnetic bilayer MnBi$_2$Te$_4$
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
研究通过第一性原理证明自旋轨道扭矩可直接电控反铁磁双层MnBi₂Te₄的Néel配置，重构其边界谱，并在掺杂下增强扭矩，提供无焦耳加热的无耗散间隙扭矩和增强的电流诱导扭矩控制方法。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast reorientation of the Néel vector in antiferromagnetic Dirac semimetals
反铁磁体表现出独特的特性，如超快动力学和对微扰场的鲁棒性，从而吸引了基础物理和技术应用的相当大的兴趣。最近的研究表明，在具有宇称时间对称性的反铁磁体中，电流诱导的交错自旋轨道矩可以改变Néel矢量，而且非对称性可以控制Dirac费米子。然而，磁性和电子结构的实时动力学仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们提出了一个理论的超快动力学在反铁磁狄拉克半金属和Néel矢量旋转皮秒时间尺度的太赫兹脉冲引起的Néel自旋轨道扭矩和其他扭矩来自磁各向异性。这种重定向伴随着狄拉克费米子质量的调制，并且可以通过磁光效应实时观察到。我们的研究结果为新兴的超快反铁磁自旋电子学与材料的拓扑结构相结合提供了理论基础。
2021-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Parity-controlled spin-wave excitations in synthetic antiferromagnets
在这项研究中，我们报告的电流感应扭矩激发的声学和光学模式的Ta/NiFe/Ru/NiFe/Ta合成反铁磁体堆栈SiO2/Si衬底上生长。这两个Ta层作为自旋力矩源，在自旋电流和奥斯特场作用于其相邻的NiFe层中具有相反的极化。这可以在整个生长方向上产生空间自旋力矩分布的奇对称性，使我们能够观察到不同的自旋波激发效率，从合成的反铁磁体激发均匀的扭矩。我们分析了扭矩对称性的对称和反对称的线形振幅的共振面内的角度依赖性，并确认平行（垂直）泵浦性质的声学（光学）模式在我们的设备，这是在从空间均匀的扭矩激发的模式截然不同。我们还提出了我们的宏观自旋模型，这种特殊的自旋扭矩激发几何，这很好地支持我们的实验观察。我们的研究结果提供了控制自旋波激发的本地自旋力矩源的能力，我们可以探索进一步的自旋波控制方案的基础上，这一概念。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absence of cross-sublattice spin pumping and spin-transfer torques in collinear antiferromagnets
该研究通过对称性分析和自旋相关电子散射计算，解决了反铁磁体中跨子晶格自旋泵浦与自转移矩贡献的争议，证明其在共线状态下完全缺失，非共线时仅为高阶修正。
2023-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dzyaloshinskii-Moriya Induced Spin-Transfer Torques in Kagome Antiferromagnets
近年来，反铁磁体（AFM）由于其独特的性质，如太赫兹动力学和无杂散场，成为非常有前途的纳米自旋电子应用。然而，操纵反铁磁纹理目前仅限于极少数特殊的材料对称类，允许交错的磁子晶格上的扭矩。在这项工作中，我们预测的kagome原子力显微镜与破缺的镜像对称性的反铁磁畴壁（DW）和自旋电流之间的一种新的耦合机制，产生的相对论Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（DW）。我们从微观上推导出了原子力显微镜对原子力显微镜的自由能贡献。与铁磁体和共线原子力显微镜不同的是，非线性原子力显微镜不会导致空间导数中的线性项，而是使自旋波刚度和各向异性能量重新归一化。重要的是，我们表明，该双折射诱导一个高度非平凡的扭曲DW配置文件，是通过两个线性独立的组件的自旋积累可控。这种纹理操作机制超越了交错扭矩的概念，意味着与传统的铁磁体和共线AFM相比，电流驱动的DW运动具有更高程度的可调谐性。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient spin orbit torque in Pt/Co/Ir multilayers with antiferromagnetic interlayer exchange coupling
本文研究了Pt/Co/Ir多层膜中具有三个重复单元结构的自旋轨道矩（SOT）。由于该系统具有振荡层间交换耦合（IEC）与不同的Ir层厚度，我们比较的SOT的薄膜时，Co层的铁磁和反铁磁耦合。SOT的评价使用电流引起的异常霍尔电阻磁滞回线的移位。用作多层的种子层的相对厚的Pt层用于经由自旋霍尔效应产生自旋电流。在不存在反铁磁耦合的情况下，SOT相对于所施加的电流密度是恒定的，并且相应的自旋扭矩效率（即有效自旋霍尔角）为$\sim$ 0.09，与先前的报道一致。相反，对于具有反铁磁耦合的膜，SOT随着所施加的电流密度而增加并最终饱和。饱和时的SOT比无反铁磁耦合时的SOT大$\sim$ 15倍。如果我们假设由于反铁磁耦合净总磁化强度降低3倍，则自旋力矩效率是$\sim$的5倍。基于朗道-利夫希茨-吉尔伯特方程的模型计算表明，反铁磁耦合的存在可以增加SOT，但增强的程度是有限的，在这种情况下，到1.2-1.4的一个因素。因此，我们认为有其他来源的SOT，可能在界面上，这可能占在未补偿的合成反铁磁（SAF）多层膜的高效SOT。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Transfer Torque in Antiferromagnetic Spin-Valves: From Clean to Disordered Regimes
采用紧束缚模型下的非平衡格林函数方法，对由反铁磁体组成的金属自旋阀中的电流驱动自旋力矩进行了理论研究。我们的注意力集中在G型和L型反铁磁体在清洁和无序制度。在这样的结构中，自旋力矩可以相干地旋转磁序参量（相干力矩），也可以与内部反铁磁交换（交换力矩）竞争。我们证明，依赖于自旋阀的对称性，相干矩和交换矩可以在平面α n \times（q \times n）内，也可以在平面α n \times q外，其中q和n分别是极化层和自由反铁磁层的序参量的方向.尽管无序保持了转矩的对称性，但它强烈地降低了转矩的大小，指出需要动量守恒来确保反铁磁自旋阀中的强自旋转矩
2014-05-12 cond-mat.mes-hall
Intrinsic spin-orbit torque in an antiferromagnet with a weakly noncollinear spin configuration
反铁磁体是一种很有前途的自旋-轨道力矩产生材料。早期对反铁磁体中自旋-轨道矩的研究仅限于共线自旋组态。计算了自旋序为弱非共线的反铁磁体的自旋轨道矩。这种非共线可以自发地诱导磁化动力学过程中，即使当平衡自旋配置是完美的共线。结果表明，从完美的共线偏差可以修改的自旋-轨道扭矩的属性，因为非共线产生额外的Berry相位贡献的自旋-轨道扭矩，这是禁止共线自旋配置。在足够干净的反铁磁体中，这种修改可能是重要的。我们估计这种效果是相关的快速反铁磁畴壁运动。
2018-04-03 cond-mat.mes-hall
Nanoscale confinement of ultrafast spin transfer torque exciting non-uniform spin dynamics by femtosecond spin current pulses
自旋电子学在过去的几十年里产生了广泛的影响，因为它通过自旋而不是电流来传递信息。它的进一步发展需要微型化和减少的特征时间尺度的自旋动力学相结合的亚纳米空间和飞秒的时间范围。这些需求转移的关注焦点对基本的开放性问题的飞秒自旋电流（SC）脉冲与铁磁体（FM）的相互作用。由超短SC脉冲施加在FM上的脉冲自旋转移力矩的时空特性打开了用于探测非均匀磁化动力学的时域。在这里，我们采用激光产生的超短SC脉冲驱动超快自旋动力学FM和分析其瞬态本地源。注入FM的横向自旋激发不均匀的高频自旋动力学高达0.6太赫兹，表明FM磁化的扰动被限制在2纳米。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall
Robust spin transfer torque in antiferromagnetic tunnel junctions
我们从理论上研究了反铁磁隧道结中的电流感应自旋力矩，由两个半无限的反铁磁层由隧道势垒分开，在清洁和无序制度。我们发现，使电操纵的Néel反铁磁序参量的扭矩是平面外的$\sim {\bf n}\times{\bf p}$，而与反铁磁交换的扭矩是平面内的$\sim {\bf n}\times({\bf p}\times{\bf n})$。这里，${\bf { p}}$和${\bf { n}}$分别是参考层和自由层的Néel序参量方向。它们的偏置依赖性表现出与铁磁隧道结类似的行为，面内扭矩在偏置中大多是线性的，而面外扭矩是二次的。最重要的是，我们发现，在反铁磁隧道结的自旋转移力矩是更强大的反铁磁金属自旋阀由于自旋输运的隧穿性质的障碍比。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall
Field-free ultrafast magnetization reversal of a nanodevice by a chirped current pulse via spin-orbit torque
本文提出利用啁啾电流脉冲通过自旋轨道矩实现垂直磁化纳米器件的无外场超快翻转，显著降低所需电流密度，并适用于铁磁、合成反铁磁和亚铁磁自由层，为超快SOT-MRAM提供新方案。
2024-01-12 cond-mat.mes-hall
Theory of Harmonic Hall Responses of Spin-Torque Driven Antiferromagnets
谐波分析是表征和量化磁性材料电流感应转矩的有力工具，但在反铁磁体研究中，谐波分析仍是一个悬而未决的问题。在这里，我们制定了一个一般理论的谐波霍尔响应的共线反铁磁体驱动的电流感应转矩，包括类场和类阻尼分量。通过在三个正交平面上扫描可变强度的磁场，我们能够通过分析霍尔电压中的二次谐波信号来区分类场转矩、类阻尼转矩和伴随的热效应的贡献。通过数值模拟，得到了一次谐波和二次谐波随磁场方向和强度变化的解析表达式，并与实验结果吻合较好。我们证明了我们的预测在两个原型的反铁磁体，$α-$ Fe $_{2}$ O $_{3}$和NiO，提供直接和一般的指导，目前和未来的实验。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrafast magnetization switching by spin-orbit torques
重金属/铁磁双层膜中由自旋霍尔和界面效应引起的自旋轨道转矩允许基于面内电流注入的开关几何形状。使用这种几何形状，我们证明了确定性的磁化反转的电流脉冲范围从180 ps到ms的Pt/Co/AlOx点的横向尺寸为90 nm。我们的开关概率和临界电流$I_c$的脉冲长度，幅度和外部磁场的函数。我们的数据证据两个不同的制度：一个短时间的内在制度，其中$I_c$比例线性与脉冲长度的倒数，和一个长时间的热辅助制度，其中$I_c$变化微弱。这两个制度是一致的磁化反转进行的成核和快速传播的领域。我们发现，$I_c$是一个因素3-4相比，一个单域模型和孵化时间是可以忽略不计的小，这是一个标志性的特点自旋轨道扭矩。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall
Hydrodynamic theory of coupled current and magnetization dynamics in spin-textured antiferromagnets
具有极小（或零）磁化强度的反铁磁体是自旋电子学应用的有趣候选者。在本文中，我们提出了两个模型来描述反铁磁织构中的电流感生现象。我们证明了由反铁磁矢量的旋转或振荡引起的磁化，通过$sd$ -交换耦合，可以抑制电流，产生绝热和非绝热自旋力矩.由于反铁磁磁矩的洛伦兹型动力学（不同于铁磁体中的类伽利略动力学），绝热自旋力矩影响运动织构的特征长度尺度。非绝热自旋力矩有助于能量泵的产生，并能诱导反铁磁织构的稳定运动，但与铁磁体不同，它是纯动力学起源的。我们还考虑了人工反铁磁体中的电流感应现象，其中电流映射了结构的交错磁化。在这种情况下，非绝热自旋力矩的效果是类似的铁磁成分的结构。特别地，电流可以去除在外部磁场中不可区分的平移反铁磁畴的简并，从而可以使180 $^\circ$畴壁运动。
2013-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-transfer torques for domain walls in antiferromagnetically coupled ferrimagnets
反铁磁材料是下一代自旋电子学应用的杰出候选者，因为它们的超快自旋动力学使得实现比传统铁磁材料高几个数量级的速度器件成为可能。虽然自旋转移矩（STT）是电控制自旋的关键，成功地证明了在铁磁自旋电子学，STT在反铁磁体的实验理解仍然缺乏，尽管一些相关的理论研究2 -5。在这里，我们报告的实验结果STT对反铁磁耦合亚铁磁体畴壁（DW）运动的影响。我们发现，非绝热STT的行为就像一个交错的磁场，因此可以有效地驱动DW。此外，发现STT的非绝热性参数β明显大于Gilbert阻尼参数α，这不仅挑战了我们对基于铁磁体的非绝热STT的传统理解，而且导致了快速电流诱导的反铁磁DW运动.我们的研究将导致进一步积极探索STT的反铁磁自旋纹理的基础物理的自旋-电荷相互作用，以及有效的反铁磁器件的电控制。
2019-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced torques due to compensated antiferromagnets
本文分析了在含有补偿反铁磁体的电路中，电流感应转矩对铁磁体磁化结构的影响。我们认为，这些扭矩一般是非零的，并支持这一结论与一个微观NEGF计算电路包含反铁磁NiMn和铁磁Co层。由于对称性决定了电流感应转矩形式的差异，表达铁磁体配置对电流和外部磁场的依赖性的相图与其铁磁体对应物在性质上不同。
2007-08-23 cond-mat.mes-hall
Current induced torques between ferromagnets and compensated antiferromagnets: symmetry and phase coherence effects
结果表明，当铁磁层与反铁磁层的自旋旋转对称轴对齐时，铁磁层与反铁磁层之间的电流感应力矩消失.对于适当选择的几何形状，这意味着电流感应扭矩可以稳定铁磁层的平面外（或难磁化轴）取向。这种电流引起的扭矩依赖于相位相干传输，我们计算了这种扭矩相位破坏散射的鲁棒性。从这表明，扭矩是不是线性依赖于所施加的电流，但有一个绝对的最大值。
2013-11-24 cond-mat.mes-hall
Element-selective probing of ultrafast ferromagnetic--antiferromagnetic order dynamics in Fe/CoO bilayers
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源中心）
本研究利用共振软X射线反射技术元素分辨探测Fe/CoO双层膜超快磁化动力学，结合原子自旋模型模拟，明确800纳米激发下Fe层激光激发电子向CoO磁矩的直接能量转移是主要退磁通道。
2024-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in a Rashba honeycomb antiferromagnet
近年来，利用电流脉冲实现反铁磁畴反转的实验引起了人们对反铁磁体自旋轨道力矩的广泛关注。在这项工作中，我们采用紧束缚模型求解器，kwant，计算的自旋轨道力矩在一个蜂窝晶格上的二维反铁磁体与强自旋轨道相互作用的Rashba型。我们的模型结合了自旋-轨道相互作用，局部s-d-like交换，以及传导电子在原位无序势上的散射，提供了一个角动量弛豫的微观机制。我们考虑两个版本的模型：一个保存和一个破碎的子晶格对称性。一个非平衡交错极化，这是所谓的尼尔自旋轨道扭矩负责，示出消失相同的对称模型，但可能会成为有限的，如果亚晶格对称性被打破。类似地，反阻尼自旋轨道力矩在对称模型中消失，但在亚晶格对称性破缺的模型中变为有限和各向异性。正如预期的那样，反阻尼扭矩也揭示了相当大的依赖于杂质浓度。我们的数值分析也证实了自旋轨道力矩的对称性分类和由于电子动量的面内限制而导致的强力矩各向异性。
2019-11-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current induced torques in structures with ultra-thin IrMn antiferromagnet
相对论电流感生力矩和反铁磁体器件被认为是自旋电子学研究的两个新方向。在这里，我们报告的结构，包括一个$\sim1$ ~nm厚的层的反铁磁体IrMn的扭矩的电测量。降低Néel温度和厚度的自旋扩散长度相媲美，使我们能够调查的反铁磁秩序中的超薄IrMn薄膜中所观察到的扭矩的作用。在Ta/IrMn/CoFeB结构中，高温相中的IrMn减小了CoFeB铁磁体中的转矩。在低温下，反阻尼扭矩在CoFeB翻转符号相比，参考Ta/CoFeB结构，这表明IrMn在反铁磁相支配的净扭矩作用于铁磁体。在低温下，在不包括铁磁层的Ta/IrMn结构中也观察到电流感应扭矩特征。
2015-07-20 cond-mat.mes-hall
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
Ultrafast current and field driven domain-wall dynamics in van der Waals antiferromagnet MnPS3
二维范德瓦尔斯（vdW）材料磁性的发现，为解决磁性的基本问题以及在计算、传感和存储技术中的潜在应用开辟了新的途径。特别令人感兴趣的是反铁磁体，由于其固有的反铁磁交换耦合，显示出与铁磁体相关的几个优点，例如对外部磁扰动的鲁棒性。这种性质是反铁磁体的基石之一，意味着存储在反铁磁畴中的信息对施加的磁场是不可见的，从而防止其被擦除或操纵。在这里，我们表明，尽管这种基本的理解，最近发现的VDW MnPS 3反铁磁体的磁畴可以通过外部磁场和电流控制。我们实现了超快畴壁动力学与速度分别高达1500米/秒和3000米/秒，以广泛的领域和电流密度。这两个畴壁动力学是由边缘终端产生未补偿的自旋以下的蜂窝结构的基本对称性。我们发现，属于不同的磁性子晶格的边缘原子的功能作为几何收缩，防止壁的位移，而在材料的两个边缘具有相同的子晶格的原子允许场驱动的畴壁运动，这是唯一的限制由自旋翻转转变的反铁磁体超过25 T。相反，电流可以在除了两个亚晶格存在于边界处的那些边缘（例如扶手椅边缘）之外的大多数边缘中引起畴壁的运动。我们的研究结果表明，在实际应用中的2D vdW反铁磁体的实施需要工程的层边缘，使一个前所未有的功能特性在MEMS器件平台。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast kinetics of the antiferromagnetic-ferromagnetic phase transition in FeRh
了解短程相互作用如何快速地建立长程序是凝聚态物理中最有趣的课题之一。FeRh是研究磁性中这个问题的测试样本，其中微观自旋-自旋交换相互作用最终负责铁磁或反铁磁宏观秩序。飞秒激光激发可以在反铁磁FeRh中诱导铁磁性，但这种转变的机制和动力学是激烈争论的话题。采用双泵浦太赫兹发射光谱，使我们能够显着增加瞬态太赫兹发射探针的时间检测窗口，而不会牺牲任何分辨率或灵敏度的损失。它使我们能够研究从飞秒到纳秒时间尺度的FeRh/Pt双层膜中的紧急铁磁性的动力学。我们的研究结果强烈建议的初始泵浦激发和太赫兹辐射的铁磁核的发射之间的潜伏期。
2021-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Wave Generation via Localized Spin-Orbit Torque in an Antiferromagnet-Topological Insulator Heterostructure
从理论上研究了拓扑绝缘体（TI）在相邻反铁磁薄膜中产生自旋波的自旋轨道矩。研究是基于微磁学Néel矢量动力学模拟和TI中输运性质的分析。结果清楚地表明，传播自旋波可以实现在反铁磁薄膜带通过本地化的激发，在一个很长的距离旅行。当Néel矢量以固定频率绕磁易轴进动时，由于非零阻尼，振荡幅度逐渐衰减。频率也被发现是可调的，通过驱动电流密度的强度。虽然体和表面状态的TI有助于诱导的有效扭矩，计算表明，表面电流起着主导作用，除了在严重退化的情况下，在体对应。与更常用的重金属相比，使用TI可以大大降低阈值电流密度以克服磁各向异性，使其成为自旋波产生的有效选择。纳米振荡器几何中的Néel矢量动力学也进行了研究。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Switching in Synthetic Antiferromagnet with Bilayer Rare-Earth Transition-Metal Ferrimagnets
在自旋电子学中，能够快速可靠地操纵磁化是很重要的。有几种方法可以控制磁化，例如通过施加电流脉冲或磁场。施加的电流可以通过自旋扭矩效应以纳秒速度反转磁化。为了实现更快的开关，利用飞秒激光脉冲在非晶稀土过渡金属亚铁磁体中实现了亚皮秒开关。在这项研究中，我们采用原子模拟研究超快开关在双层非晶FeGd亚铁磁体的合成反铁磁体。使用双温度模型，我们证明了在这种合成的反铁磁体的超快开关没有外部磁场。此外，我们表明，如果我们最初稳定在这种异质结构中的skyrmion，超快激光可以使用相同的机制切换skyrmion状态。此外，这种双层设计允许单独控制每个亚铁磁层，并为磁性隧道结打开了可能性。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall
Spin torque nano-oscillators based on antiferromagnetic skyrmions
基于Skyrmion的自旋矩纳米振荡器是潜在的下一代微波信号发生器。然而，基于铁磁skyrmion的自旋扭矩纳米振荡器不能达到高振荡频率。在这项工作中，我们建议使用反铁磁skyrmion的圆周运动，以创建振荡信号，以克服这一障碍。微磁学模拟表明，基于反铁磁skyrmion的自旋力矩纳米振荡器可以产生高频率（几十GHz）。此外，解析地推导出了反铁磁skyrmion在纳米盘中作圆周运动的速度，这与数值模拟的结果吻合得很好。我们的研究结果是有用的反铁磁skyrmion的惯性动力学的理解和未来的skyrmion为基础的自旋扭矩纳米振荡器的发展。
2018-11-07 cond-mat.mes-hall
Spin orbit torque in disordered antiferromagnets
我们使用线性响应理论和紧束缚模型上实现的非平衡格林函数技术研究了存在Rashba自旋轨道耦合的反铁磁材料中电流诱导的自旋轨道扭矩。我们发现，交错的自旋密度来自带间的贡献。无序的影响仅限于力矩大小的减小，并没有对力矩对自旋轨道强度的依赖性以及反铁磁局域磁矩与巡游电子自旋之间的交换相互作用带来任何反常行为。我们证明了自旋轨道矩是强大的反铁磁自旋阀自旋转移矩的情况下，对应用程序的障碍相比。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Néel Spin-Orbit Torque in Centrosymmetric Antiferromagnets
University of Macau（澳门大学）；Shandong University（山东大学）；Beihang University（北京航空航天大学）；Fudan University（复旦大学）；Peking University（北京大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）
针对中心对称反铁磁体无法用线性奈尔转矩实现电调控的问题，提出源于子晶格分辨能带量子几何的非线性奈尔自旋轨道矩，兼具反阻尼特性，可在PT对称反铁磁绝缘体中工作，经第一性原理计算预测在MnRh和MnBi₂Te₄中效应显著，为反铁磁电调控提供新范式。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust spin-transfer torque and magnetoresistance in non-collinear antiferromagnetic junctions
铁磁自旋阀和隧道结是自旋电子学应用的关键，也是最基本的自旋电子学器件之一。受反铁磁体在自旋电子学中潜在的独特优势的启发，我们在这里从理论上研究了由非共线反铁磁体构建的结。我们展示了一个大的和强大的磁阻和自旋转移扭矩能够超快切换之间的平行和反平行状态的结。此外，我们表明，非共线的顺序导致自旋转移力矩，这是在几个关键方面不同的自旋转移力矩在铁磁结。
2021-09-03 cond-mat.mes-hall
Current-induced torques in continuous antiferromagnetic textures
研究了电流对连续非共线反铁磁织构的影响。尽管缺乏一个净磁矩，我们发现，传导电子和局部磁化之间的交换相互作用，一般会导致电流感应扭矩是类似的现象，在铁磁体的自旋转移扭矩。我们给出了包含这些电流感应扭矩的Néèl矢量的非线性西格玛模型运动方程的推广，并简要讨论了由此产生的电流感应反铁磁畴壁运动和自旋波多普勒频移。我们给出了一个解释，我们的结果使用一个统一的图片中的铁磁体和反铁磁体，他们被视为由于电流引起的自旋极化产生的有效的自旋轨道耦合的电流感应扭矩。
2009-12-23 cond-mat.mes-hall
Quantum sensing and imaging of spin-orbit-torque-driven spin dynamics in noncollinear antiferromagnet Mn3Sn
具有自发时间反演对称性破缺、非平凡能带拓扑和非常规输运性质的新型非共线反铁磁体由于其丰富的物理性质和巨大的技术应用前景在过去十年中受到了极大的研究兴趣。这一新兴领域的中心焦点之一是探索微观磁结构和奇异材料特性之间的关系。在这里，自旋-轨道-力矩诱导的确定性磁开关和手性自旋旋转的非共线反铁磁Mn 3Sn薄膜中使用氮空位（NV）中心的纳米级成像的报告。的非共振偶极-偶极耦合之间的自旋动力学Mn 3Sn和近NV中心的直接证据也证明了与NV弛豫测量。这些结果表明NV中心在访问这些新兴量子材料中的磁序和动力学的局部信息方面的独特能力，并为研究广泛的拓扑磁体中拓扑和磁性之间的相互作用提供了新的机会。
2022-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Orbit Torque in two dimensional Antiferromagnetic Topological Insulators
研究了二维铁磁（FTI）和反铁磁（AFTI）拓扑绝缘体中的自旋输运。在存在面内磁化的情况下，AFTI支持零能量模式，这使得能够在低能量下进行拓扑保护的边缘传导。我们解决了这些结构中的电流驱动的自旋扭矩的性质，并研究自旋无关的障碍的影响。有趣的是，在强无序的自旋扭矩发展的反阻尼组件（即{ \em甚至}磁化反转后）沿边缘，这可能使电流驱动的操纵反铁磁序参量。当系统尺寸增加时，以及当系统进入平凡绝缘体状态时，该抗阻尼力矩减小。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic Single-layer Spin-Orbit Torque Oscillators
我们展示了如何通过一个单一的反铁磁层的电荷电流可以激发和控制自振荡。具有可调振幅和频率的持续振荡在各种几何形状中使用表现出有限耗散自旋轨道扭矩的某些类别的非中心对称材料是可能的。我们计算的稳态相图的电流和自旋轨道力矩大小的函数。各向异性磁阻导致所得到的AF振荡转换为太赫兹AC输出电压。这些发现为在简单的单层结构中设计太赫兹反铁磁自旋轨道力矩振荡器提供了一条有吸引力的新途径。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torques in antiferromagnets: efficiency and quantification method
我们制定了一个理论的自旋转移力矩的反铁磁体，它涵盖了小到大限度的交换耦合能相对于动能的亚晶格间电子动力学。我们的理论提出了一个自然的定义的反铁磁体中的自旋转移力矩的效率在定义良好的材料参数，揭示了电荷电流耦合主要是反铁磁序参量和亚晶格倾斜的时刻，分别在大，小交换耦合的限制。这种效应可以通过分析存在电荷流时的反铁磁自旋波色散来量化：在大交换耦合的极限下，自旋波多普勒频移总是发生，而在相反的极限下，对电荷流作出反应的自旋波模式只有那些携带明显的亚晶格倾斜力矩的模式。这些发现为理解和设计反铁磁体中的自旋转移力矩提供了一个框架，这些反铁磁体属于不同类别的亚晶格结构，例如，二分和层状反铁磁体。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torque-driven skyrmion dynamics revealed by time-resolved X-ray microscopy
磁性Skyrmions是一种拓扑保护的自旋织构，具有吸引人的性质，适合于高密度和低功率自旋电子器件的应用。人们一直致力于理解磁skyrmion的动力学行为。然而，这种手征磁结构在真实空间中的超快动力学的实验观察，这是其准粒子性质的标志，迄今为止仍然难以捉摸。在这里，我们报告纳秒动力学的100 nm大小的磁skyrmion在电流脉冲的应用，使用时间分辨泵浦探测软X射线成像技术。我们证明了不同的动态激发态的磁skyrmions，电流引起的自旋轨道转矩触发，可以可靠地调整通过改变自旋轨道转矩的大小。我们的研究结果表明，磁skyrmions的动力学可以控制的纳秒时间尺度上的自旋-轨道扭矩，这表明在未来的超快和新颖的skyrmionic应用令人兴奋的机会。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium spin density and spin-orbit torque in three dimensional topological insulators - antiferromagnet heterostructure
研究了拓扑绝缘体-反铁磁体异质结构中的非平衡自旋密度和自旋轨道矩的行为。不像铁磁异质结构中的狄拉克锥是缺口由于时间反演对称性破缺，这里的狄拉克锥被保存。当输运能处于拓扑绝缘体表面能范围内时，我们证明了存在一个与阻尼转矩相对应的交错自旋密度，这对标量杂质是相当鲁棒的.我们显示的非平衡自旋密度的贡献，由于表面和散装拓扑绝缘体带。最后，我们发现拓扑绝缘体-反铁磁异质结构中的转矩具有角度依赖性，这与Rashba系统中的标准自旋轨道转矩一致，但界面耦合产生了一些额外的非线性效应.
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Giant Response and Harmonic Generation in Néel-Torque Antiferromagnetic Resonance
研究揭示奈尔自旋轨道扭力在反铁磁共振中产生巨响应及谐波生成，提出多层反铁磁纳米器件实现高效频率转换。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrafast optical generation of antiferromagnetic meron-antimeron pairs with conservation of topological charge
本文提出利用超快激光脉冲通过热施温格机制在二维反铁磁体中产生拓扑荷守恒的梅子-反梅子对，并证明该过程对初始磁构型和无序具有鲁棒性，拓扑结构可保持100皮秒。
2023-03-24 cond-mat.mes-hall
Large spin-orbit torque in a-plane $α$-Fe$_{2}$O$_{3}$/Pt bilayers
针对绝缘反铁磁体奈耳矢量高效自旋轨道矩翻转的难题，研究采用磁光技术发现a面α-Fe₂O₃/Pt的类阻尼自旋轨道矩效率比c、r面体系高两个数量级，提出量化小倾斜磁矩反铁磁体自旋轨道矩的新方法，确认a面α-Fe₂O₃是高效SOT翻转的潜力候选材料。
2024-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Narrow-band tunable THz detector in antiferromagnets via Néel spin-orbit torque and spin-transfer torque
我们研究的动力学的反铁磁体的同时应用直流自旋电流和交流充电电流，激发的要求，全电控设备在太赫兹间隙（0.1-30太赫兹）。我们表明，交流电流，通过Néel自旋轨道力矩，可以锁定相位的稳定旋转Néel矢量的进动是由直流自旋电流控制。在相位锁定制度的频率输入交流信号与自振荡的频率，其中典型的反铁磁体落入太赫兹范围。自振荡的频率与进动引起的磁性子晶格的倾斜成正比，这种倾斜与所谓的动态磁化有关。我们展示了如何传入的交流信号可以检测到从测量的直流电流的依赖性的恒定动态磁化。根据反铁磁体的参数和输入信号的特性（频率、幅度、带宽、持续时间）之间的关系，我们推导出了锁相的条件。我们还证明了旋转的Néel矢量可以通过逆Néel自旋轨道力矩产生交流电流。因此，由直流自旋电流驱动的反铁磁体可以用作在太赫兹范围内工作的窄带信号的可调谐探测器和发射器。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall
Microscopic Calculation of Spin Torques in Textured Antiferromagnets
对金属反铁磁体中的自旋转移矩和阻尼矩进行了微观计算。研究发现，由于AF输运特性，STT的符号与铁磁体中的符号相反，并且在AF间隙边缘附近，电流-STT转换因子增强。Néel矢量的耗散力矩参数$β_n$和阻尼参数$α_n$由电子的自旋弛豫引起。使用集体坐标证明了AF畴壁运动的物理后果，并指出了与铁磁情况的一些相似之处，如固有钉扎和$α_n = β_n$的特性。本文讨论了近角动量补偿温度的亚铁磁GdFeCo实验。
2021-03-13 cond-mat.mes-hall
Ultrafast coherent magnon spin currents in antiferromagnets
本研究提出在宇称-时间对称反铁磁体中叠加多个相干磁振子对模式，利用线偏振光产生方向可控的超快净自旋流，并可进一步叠加正交自旋流形成圆形自旋流。
2025-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast Control of Spin Interactions in Honeycomb Antiferromagnetic Insulators
光使交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的超快，直接和非热控制成为可能。我们考虑由Kane-Mele-哈伯德模型描述的二维蜂窝晶格在半填充和强相关极限下，即，倾斜反铁磁体的莫特绝缘体相。基于Floquet理论，我们证明了通过改变偏振激光脉冲的振幅和频率，人们可以调整交换和Dzyaloshinskiii-Moriya自旋相互作用之间的振幅和符号，甚至比例。此外，自旋相互作用的重正化与螺旋度无关。我们的研究结果为最近发现的二维磁性材料中的超快光学自旋操纵铺平了道路。
2019-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
