Rare-Earth-Tuned Evolution from d- to f-Orbital Dominance and Giant Anomalous Hall Effect in Topological RGaGe (R = Ce, Pr, Nd) Semimetals
ShanghaiTech University（上海科技大学）；Hunan University（湖南大学）
研究揭示了RGaGe半金属中因磁各向异性导致的磁序差异，以及其巨异常霍尔电导源于拓扑Weyl半金属态，同时展示了从d-到f-轨道主导的拓扑演变。
2026-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Single-Pulse Magnetization Switching through Angular Momentum Reservoir Engineering
本研究通过改变Gd厚度或插入Pt间隔层调控角动量传递，揭示了角动量可用性及传递路径是控制CoGd双层膜单脉冲全光无螺旋性翻转（AO HIS）快慢动力学的关键参数，为稀土过渡金属系统提供了统一框架。
2025-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Rare Transition Events in Nonequilibrium Systems with State-Dependent Noise: Application to Stochastic Current Switching in Semiconductor Superlattices
利用最新的数学进展，给出了非平衡系统中罕见噪声驱动的跃迁事件的几何方法，并将计算最大似然跃迁曲线的算法推广到状态依赖噪声的情况。它被应用到半导体超晶格中的电子输运模型，以研究亚稳态电场分布之间的转换。当施加的电压$V$在$V_th$处的鞍结分叉附近变化时，初始亚稳态的平均寿命$<T>$被示出为像$log<T> \propto |V_th - V|^{3/2}$那样缩放为$V\to V_th$。
2010-10-16 cond-mat.mtrl-sci math.PR
Ultrafast dynamical path for the switching of a ferrimagnet after femtosecond heating
最近有报道称，仅通过超快加热就可以在稀土、过渡金属亚铁磁合金中实现超快激光诱导磁开关。使用原子模拟和亚铁磁Landau-Lifshitz-Bloch形式主义，我们证明，开关发生的角动量是必要的，从纵向到横向磁化分量转移。这种动力学路径导致磁化翻转和随后的超快进动所造成的纳米尺度上的亚晶格间交换场。
2013-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Modeling ultrafast all-optical switching in synthetic ferrimagnets
基于数值模拟，我们证明了热致磁开关在合成亚铁磁体组成的多层稀土和过渡金属。我们的研究结果表明，确定性的磁化反转发生在一定的阈值温度以上，如果过渡金属原子与稀土原子的比例是足够大的。令人惊讶的是，多层系统的总厚度对开关的发生几乎没有影响。我们进一步提供了一个简单的参数来解释反转过程的温度依赖性。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In plane reorientation induced single laser pulse magnetization reversal in rare-earth based multilayer
单脉冲全光学螺旋度独立切换（AO-HIS）表示使用飞秒单激光脉冲反转纳米结构的磁矩的能力。它是一种超快的方法，可以在不使用任何外加场的情况下操纵磁化。自从第一次在GdFeCo亚铁磁系统上进行开关实验以来，单脉冲AO-HIS一直局限于Gd基合金或Gd/FM双层膜，其中FM是铁磁层。直到最近，AO-HIS才扩展到其他一些材料：MnRuGa亚铁磁Heusler合金和具有非常特定厚度和成分范围的Tb/Co多层膜。在这里，我们证明了在Tb/Co中观察到的单脉冲AO-HIS的结果来自于与Gd基样品不同的机制，并且可以获得大范围的稀土-过渡金属（RE-TM）多层膜，使得这种现象更加普遍。令人惊讶的是，在这个大家庭的（RE-TM）多层系统，切换的阈值通量被观察到是独立的脉冲持续时间，高达至少12 ps。此外，在高激光强度下，诱导同心环畴结构，揭示多个通量阈值。这些引人注目的开关功能，这是在GdFeCo合金中的AO-HIS的相反，伴随着在平面内的磁化重定向的演示，指向一个内在的进动反转机制。我们的研究结果允许扩展各种具有可调磁特性的材料，这些材料可以集成在复杂的异质结构中，并为基于磁序的全光控制的未来应用提供了工程材料的途径。
2022-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic spin model of single pulse toggle switching in Mn$_2$Ru$_x$Ga Heusler alloys
亚铁磁合金的单次飞秒脉冲触发开关是超快自旋电子学的重要组成部分。非常不同的元素特定的退磁动力学被认为是一个硬限制切换亚铁磁体。这表明，由两种不同性质的离子组成的亚铁磁体，如稀土过渡金属合金，是开关所必需的。然而，在Mn $_2$ Ru $_x$ Ga Heusler合金中的切换开关的实验观察已经对该限制提出了质疑，因为Mn离子具有相同的性质。为了阐明这个问题，我们提出了一个原子自旋模型来模拟Mn $_2$ Ru $_x$ Ga的单脉冲触发开关.进入我们的模型的磁性参数是从以前的实验观测中提取的。我们表明，我们的模型是能够定量再现测量的单脉冲触发开关的磁化动态。我们表明，不同的是以前的理解切换开关在锰$_2$ Ru $_x$镓是可能的，即使当两个Mn亚晶格在非常相似的速率退磁。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Switching ferromagnetic spins by an ultrafast laser pulse: Emergence of giant optical spin-orbit torque
更快的磁纪录技术是海量数据存储和大数据科学不可或缺的。{全光自旋开关提供了一种可能的解决方案}，但目前它仅限于少数昂贵且复杂的稀土亚铁磁体。在更丰富的铁磁体中的自旋开关可能会大大扩展全光自旋开关的范围。在这里，通过研究40，000个铁磁自旋，我们表明，这是决定自旋开关过程中的铁磁体和亚铁磁体的光学自旋轨道力矩。只有当合金中每种成分的有效自旋角动量超过临界值时，才会发生自旋转换。由于强交换耦合，铁磁体中的自旋开关比弱耦合亚铁磁体快得多。这为全光自旋开关建立了一个范例。由此产生的磁场（65 T）是如此之大，它将显著降低自旋电子学中的高电流，从而代表了光自旋电子学的开始。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroicity and 180$^\circ$ domain switching in LaFeO$_3$ via Antisite Defects
本文通过密度泛函理论计算发现，在非铁电反铁磁的LaFeO$_3$中引入Fe$_\mathrm{La}$反位缺陷可使其同时具备铁电性与亚铁磁性，实现极化耦合与180$^\circ$畴翻转。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci
All-optical magnetization switching in ferrimagnetic alloys: deterministic vs thermally activated dynamics
利用X射线磁圆二色性作为对比机制的光发射电子显微镜，对稀土过渡金属亚铁磁合金中的全光磁化翻转（AOS）现象提供了新的认识。从单个线偏振激光脉冲激发后拍摄的一系列静态图像中，可以用相关系数来衡量AOS的重复性。据发现，低介电常数使热激活畴壁运动，反过来限制了开关的可重复性。磁化动力学的时间分辨测量表明，虽然AOS发生在磁化补偿温度$T_\text{M}$以下和以上，但在不存在$T_\text{M}$的GdFe样品中没有观察到AOS。最后，AOS实验证明对施加的磁场高达180 mT。
2014-12-01 cond-mat.mtrl-sci
All-optical helicity-dependent switching in NiCo$_2$O$_4$ thin films
本研究在室温下利用不同特性的激光脉冲在无稀土亚铁磁NiCo2O4薄膜中实现了全光学翻转，并发现该薄膜中存在螺旋度依赖与非依赖两种不同类型的AOS现象。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature Magnetic Thermal Switching by Suppressing Phonon-Magnon Scattering
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Notre Dame（圣母大学）
研究通过抑制声子-磁子散射，在室温下实现 gadolinium 的热导率调控，揭示了铁磁材料中磁子散射对热导率的关键作用，为磁控热开关材料提供新思路。
2024-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin re-orientation induced anisotropic magnetoresistance switching in LaCo$_{0.5}$Ni$_{0.5}$O$_{3-δ}$ thin films
本文研究了外延LaCo$_{0.5}$Ni$_{0.5}$O$_{3-δ}$薄膜中应变调控的自旋重取向诱导AMR切换，揭示了磁转变附近二重到四重对称交叉及Co自旋态转变和Ni-Co电荷转移机制，为AMR传感器应用提供依据。
2023-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-driven switching of magnetism in layered CrCl3
具有可控磁性的层状过渡金属化合物为制备高性能磁电和自旋电子器件提供了许多诱人的机会。其电子和磁性的调谐通常限于层厚度的改变、静电掺杂以及电场和磁场的控制。然而，很少利用压力作为控制参数来定制它们的磁电性能。在这里，我们报告了一个独特的压力驱动的同构相变在层状氯化铬伴随着同时切换的磁性从铁磁到反铁磁秩序。我们的实验，结合从头计算，表明这样的磁性转变阻碍了压力下的带隙崩溃，导致异常的超导体到半导体的转变。我们的研究结果不仅揭示了高电位的氯化铬在电子和自旋电子学应用环境和极端条件下，但也建立了探索不寻常的相变层状过渡金属化合物的基础。
2019-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Tunable giant exchange bias in single-phase rare earth-transition metal intermetallics YMn12-xFex with highly homogenous inter-sublattice exchange coupling
在本文中，我们发现了一个家庭的金属间化合物YMn_（12-x）Fe_x（x = 6.6-8.8）显示了一个整体形式的可调巨交换偏置效应，它产生于铁磁（FM）和反铁磁（AFM）子晶格之间的整体相互作用，而不是界面交换耦合或非均匀的磁性团簇。在YMn_（4.4）Fe_（7.6）化合物中观察到了一个巨大的交换偏置，环移高达6.1kOe，具有最强的竞争磁相互作用。在较窄的温度范围内，交换偏置场随温度的升高呈现出突然的关断，而双折射率随温度的升高呈现出突然的导通。这一独特的性质表明，亚晶格间的交换耦合是高度均匀的，这可以通过我们的理论计算得到很好的解释。
2015-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Helicity-independent all-optical switching of magnetization in ferrimagnetic alloys
我们回顾并讨论了单次激发的与螺旋度无关的磁化全光开关的过程，通过该过程，在适当的条件下，单个合适的超快激发将磁化从一个稳定状态切换到另一个稳定状态。近十年来，这种现象仅在特定的稀土过渡金属亚铁磁合金GdFeCo中观察到，但近年来的突破性实验表明，在广泛的多亚晶格磁体中可以实现相同的行为，包括掺杂有微量Gd、Gd/Co和Tb/Co合成亚铁磁体的TbCo合金，以及不含稀土的Heusler合金Mn $_2$ Ru $_x$ Ga。为了解决允许开关的条件，一系列的实验已经表明，在亚铁磁合金GdFeCo和Mn $_2$ Ru $_x$ Ga中的过程对脉冲持续时间、起始温度和合金成分高度敏感。在这里，我们认为，这两个非常不同的亚铁磁合金显示的开关一般可以理解在一个单一的现象学框架内描述的组成子晶格之间的角动量的流动，并从子晶格的环境。促进切换的条件源于这些角动量流通道的性质与角动量储存器的大小的组合。最后，我们提供了一个前景，在这个充满活力的研究领域，重点突出有关的基础物理学的悬而未决的问题，并注意到利用这种开关过程中的技术应用的进展。
2022-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain switching and exchange bias control by electric field in multiferroic conical magnet Mn$_2$GeO$_4$
研究了多铁性圆锥磁体Mn $_2$ GeO $_4$的电场效应，发现铁磁和铁电序参量之间存在强耦合.系统评价的电极化的强度在低于5.5 K的多铁性相在各种场冷却条件下揭示，小磁场的0.1 T显着降低所需的电场需要达到饱和。通过施加电场在磁场依赖的磁滞测量磁化M和极化P的电可控交换偏置，观察到的现象非常罕见的单相多铁性。此外，在特定的磁场条件下，实现了P和M畴的不可逆电开关。
2020-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Negative Magnetization and Magnetic Ordering of Rare Earth and Transition Metal Sublattices in NdFe0.5Cr0.5O3
本文研究NdFe0.5Cr0.5O3中Cr/Fe随机合金化对磁性的影响，发现其具有负磁化引起的双极磁开关和磁热效应，且在1.5-320 K内无自旋重取向转变，Nd自旋在约40 K异常高温下有序。
2023-12-04 cond-mat.mtrl-sci
AC-frequency switchable correlated transports in rare-earth perovskite nickelates
虽然电子相关性先前被认为触发超出常规的直流（DC）电子输运（例如，金属到绝缘体的转变，坏金属，热敏电阻），它们各自的影响交流（AC）输运在很大程度上被忽视。在这里，我们展示了积极的监管d-波段相关的稀土镍酸盐（ReNiO 3）薄膜的电子功能，通过简单地利用其电子响应交流频率（fAC）。辅助温度依赖性的近边X射线吸收精细结构分析，我们发现正的温度依赖性的库仑粘度的ReNiO 3，缓和其交流阻抗。观察到在附近温度下测量的R（Real）-fAC之间的显著交联不同于常规氧化物。从电子学的角度来看，它可以通过fAC在NTCR-、TDelta-和PTCR-热敏电阻之间实现ReNiO 3相关传输的主动可调节性，而无需改变材料或器件结构。TDelta-fAC关系可以通过Re组分和界面应变进一步广泛地调整。在ReNiO 3中发现的交流频率灵敏度为调节和切换器件工作状态带来了新的自由，超越了目前的半导体技术。它开辟了一个新的范例，丰富了新的电子应用，满足自动变速器或人工智能在传感温度和频率。
2020-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Experimental study of transport properties of Weyl semimetal LaAlGe thin films grown by molecular beam epitaxy
稀土化合物显示出不同的电子、磁性和磁输运性质。最近，这些RAlGe（R = La，Ce，Pr）型化合物已显示出Weyl半金属行为。在这项工作中，我们研究了分子束外延生长的Weyl半金属LaAlGe薄膜的晶体结构，电子和磁输运性质。讨论了不同磁场下纵向电阻率随温度的变化关系。文中还讨论了不同温度下的磁阻和霍尔效应的观测结果及其随磁场的变化规律，并给出了相应的机理。我们已经观察到积极的不饱和磁电阻，在低温下有一个小的二次贡献，在较高的领域趋于饱和。霍尔测量证实了电子主导的半金属导电性，室温下平均载流子密度约为9.68*10^21 cm^（-3）。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Voltage-driven 90 switching of bulk perpendicular magnetic anisotropy in ferrimagnets
该研究通过−1.2 V电压驱动氢原子插入Tb-Co间隙位点，使体PMA发生90°翻转，并结合XMCD与第一性原理计算揭示其源于Tb晶体场畸变及轨道磁矩重定向。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci
The role of spin-lattice coupling for ultrafast magnetization changes in rare earth metals
通过比较飞秒激光脉冲诱导稀土金属Gd和Tb表面态的自旋动力学，我们发现两种材料中价态的自旋极化分别以15.ps和400.fs的显著不同的时间常数衰减. Gd和Tb中不同的自旋极化动力学与两种材料中类似的交换分裂动力学相反。在我们的实验中观察到的不同的时间尺度可以归因于弱和强的$4f$自旋晶格耦合在Gd和Tb表明自旋极化和4f磁矩的密切耦合。而在Gd的晶格主要作为一个散热器，它有助于显着的超快退磁的Tb。这有助于解释为什么在FeGd中观察到所有的光开关，但很少在FeTb基化合物中观察到。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of femtosecond magnetization reversal induced by circularly polarized light in the presence of fluctuations and dissipation
飞秒圆偏振激光脉冲在稀土掺杂过渡金属中的磁化反转现象已被证实。开关机制已被归因于逆法拉第效应和热效应。基于实验工作中提供的参数，我们表明，这种说法是不可能引起飞秒逆转。使用混合巡回本地化的RE-TM系统的图片，我们提出了一个新的机制，需要稀土元素的存在下，以减少系统的对称性，以及在激光的存在下的d电子和f时刻之间的自旋轨道耦合的强烈增强。我们的模型不需要加热到接近样品的居里温度。
2007-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Role of Element-Specific Damping on the Ultrafast, Helicity-Independent All-Optical Switching Dynamics in Amorphous (Gd,Tb)Co Thin Films
飞秒激光脉冲在ps时间尺度内对磁化强度的超快控制为诸如用于逻辑和存储器的快速磁性器件等应用提供了一条有吸引力的途径。然而，超快螺旋度无关的全光开关（HI-AOS）的磁化到目前为止只观察到在Gd基，亚铁磁非晶（\textit{a} -）稀土过渡金属（\textit{a} -RE-TM）系统，和全面了解的反转机制仍然难以捉摸。在这里，我们报告的HI-AOS在亚铁磁\textit{a} -Gd $_{22-x}$ Tb $_x$ Co $_{78}$薄膜，从x = 0到x = 18，并阐明在HI-AOS中的作用，Gd在\textit{a} -RE-TM合金和多层膜。增加Tb含量导致垂直磁各向异性和磁化率增加，而不修改磁化强度密度，以及较慢的再磁化速率和较高的临界通量切换，但仍显示皮秒HI-AOS。基于双温模型的原子自旋动力学模拟定性地再现了这些结果，并预测了由Gd（与$L = 0$）的小自旋-轨道耦合引起的RE亚晶格上的较低阻尼有助于富Gd合金的更快动力学和更低的临界注量。退火\textit{a} -Gd $_{10}$ Tb $_{12}$ Co $_{78}$导致较慢的动力学，我们认为这是由于阻尼的增加。这些模拟强烈表明，计算单元特定阻尼对于理解HI-AOS现象至关重要。结果表明，工程材料的元素特定阻尼可以开辟新的材料类别，表现出低能量，超快HI-AOS。
2020-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemically induced switching from antiferromagnetic spin-chain to frustrated spin-glass state in maple-leaf lattice Na2Mn3O7
通过电化学脱嵌调控Na2Mn3O7枫叶晶格，实现从一维反铁磁自旋链到阻挫自旋玻璃态的转变，为低维磁性与自旋电子学提供新平台。
2025-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Simulating bistable current-induced switching of metallic atomic contacts by electron-vibration scattering
本文结合DFT与非平衡格林函数方法，研究金属原子接触中由电流诱导振动激发的双稳态开关机制，并以单原子铅接触为例确定了可驱动构型转变的振动模式。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field Switching of Interlayer Magnetic Order in a van der Waals Heterobilayer via Spin-potential Coupling
本文提出自旋-电势耦合机制以增强二维范德华磁体中的磁电耦合，并据此设计CrI3/MnSe2等异质双层，在约0.1 V/Å电场下实现层间铁磁到反铁磁序的纯电场切换。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ferroelectric switching of a two-dimensional metal
铁电体是具有极性结构的材料，其极性可以通过施加电场来反转。在金属中，巡回电子往往屏蔽离子之间的静电力，这有助于解释为什么极性金属非常罕见。屏蔽还排除了外部电场，显然排除了极性反转的可能性，从而排除了铁电切换的可能性。然而，原则上，足够薄的极性金属可以被足够的电场穿透以被切换。在这里，我们表明，分层拓扑半金属WTe2提供了第一个实施例的这一原则。虽然单层WTe 2是中心对称的，因此是非极性的，但堆叠的块状结构是极性的。我们发现，两层或三层WTe 2表现出自发的平面外电极化的强度，可以使用栅电极切换。我们使用石墨烯作为电场传感器直接检测和量化极化。此外，极化状态可以通过电导率来区分，并且可以改变载流子密度以修改性质。临界温度高于350 K，并且即使当WTe 2夹在石墨烯中时，它在室温下也保持其开关能力，证明了适合与其他二维材料组合应用的鲁棒性。
2018-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Orbital-mediated Ultrafast Demagnetization in Rare Earth-Transition-Metal Ferrimagnets
Yunnan University（云南大学）；Fudan University（复旦大学）；Lanzhou University（兰州大学）；Shenzhen Technology University（深圳技术大学）
本文通过轨道介导框架，发现3d自旋-轨道耦合强度决定稀土-过渡金属亚铁磁体的超快退磁路径，为设计下一代自旋电子器件开关速度提供依据。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Electrically controlled nonvolatile switching of single-atom magnetism in a Dy@C84 single-molecule transistor
本研究在Dy@C84单分子晶体管中实现电控单原子磁性非易失性切换，磁矩从3.8 μB变为5.1 μB，磁阻从600%增至1100%，为高温高稳定单原子磁存储提供新途径。
2024-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Single-pulse all-optical switching in amorphous Dy$_x$Co$_{1-x}\text{ }$ and Tb$_x$Co$_{1-x}$
铁磁非晶Gd $_{x}$（FeCo）$_{1-x}$薄膜响应于单个快激光脉冲的磁化强度的重复均匀切换是确定的。在这里，我们报告了不寻常的切换薄膜的spermagnetic非晶Dy $_x$公司$_{1-x}$和Tb $_x$公司$_{1-x}$与$\it{x} \simeq$ 0.25照射单200 fs脉冲的800 nm激光。由于非S态稀土的存在，样品具有很强的局域随机各向异性。薄膜的补偿温度为$\le$ 180 K，居里温度为$\simeq$ 500 K。它们主要由第一脉冲切换，并且随后的脉冲导致照射区域的减少量的部分重新切换，具有切换和未切换材料的亚微米区域的颗粒状结构。观察到约700 nm大小的个别切换域周围的辐照点的能量密度是在阈值切换的边缘。结果进行了讨论的随机各向异性模型中的局部各向异性交换的比例是温度依赖性和接近强钉扎的阈值。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Sub-wavelength localized all-optical helicity-independent magnetic switching using plasmonic gold nanostructures
本文通过在GdTbCo薄膜上沉积等离激元金纳米结构，利用单束飞秒激光脉冲激发，实现了临界尺寸低至240 nm的亚波长局域全光无螺旋度磁性翻转，为高密度磁记录提供了新途径。
2024-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin reorientation and disordered rare earth magnetism in Ho$_2$FeCoO$_6$
本文报道了双钙钛矿Ho $_2$ FeCoO $_6$中自旋重取向的实验观察。通过磁化强度和比热表征和研究了该化合物的磁相变，并通过中子粉末衍射阐明了其磁结构。在该化合物中观察到两个磁相变--一个在$T_\mathrm{N1} \approx$ 250 K，从顺磁性到反铁磁性;另一个在$T_\mathrm{N2} \approx$ 45 K，通过自旋重取向过程，从具有混合磁性结构的相到单相。在200~K - 45~K温度范围内的磁结构是不可约表示$Γ_1$和$Γ_3$的混合相，两者都是反铁磁的。Ho $_2$ FeCoO $_6$中存在的混合磁结构相引起了从200 K到自旋重取向温度的大的磁化热滞。在$T_\mathrm{N2}$，磁性结构转变为$Γ_1$。虽然在过渡金属晶格中建立了长程磁有序，但在Ho $^{3+}$ -晶格中只存在短程磁有序。我们的研究结果将激发对单晶的进一步详细研究，以探索自旋重取向过程，自旋开关和各向异性磁相互作用引起的Ho $_2$ FeCoO $_6$的电极化的可能性。
2017-12-01 cond-mat.mtrl-sci
First-principles and model simulation of all-optical spin reversal
全光自旋开关是实现无磁场、高速信息存储和通信的潜在先驱。然而，目前的智慧很大程度上是基于有效磁场和热脉冲的半经验模型，因此很难为实际设备提供高速设计协议。在这里，我们进行了一个大规模并行的第一性原理和模型计算的十三自旋系统和磁性层，没有任何有效的字段，建立一个更简单的和替代的范例激光诱导超快自旋反转，并指出一个完全集成的光自旋电子器件的路径。这是光学选择规则和亚晶格自旋排序的相互作用，强调看似不可调和的螺旋度依赖/独立的开关。使用现实的实验参数，我们预测，强亚铁磁体，特别是Laves相C15稀土合金，满足电信能量要求的10 fJ，从而允许具有成本效益的亚皮秒激光器在GHz区域中切换自旋。
2017-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Engineering the spin-orbit torque efficiency and magnetic properties of Tb/Co ferrimagnetic multilayers by stacking order
我们测量了自旋轨道转矩（SOTs），电流诱导开关，和畴壁（DW）的运动在合成亚铁磁体组成的Co/Tb层生长在Pt底层上具有不同的堆叠顺序。我们发现，SOT，磁各向异性，补偿温度和SOT诱导开关是高度敏感的Co和Tb的堆叠顺序和与Pt接触的元素。我们的研究进一步表明，Tb是一个有效的SOT发电机时，在与Co接触，使其在堆栈中的位置可以调整，以产生扭矩添加到那些由Pt产生。在最佳堆叠和层厚度下，类阻尼SOT效率高达0.3，这是Pt/Co双层预期的两倍多。此外，尽管具有极高的垂直磁各向异性势垒（高达7.8T），但可以通过注入具有约0.5-2* 107 A/cm 2的电流密度的脉冲来容易地切换磁化。有效的开关是由于大的SOT和低饱和磁化强度的组合，由于亚铁磁性的多层。我们观察到电流驱动的DW运动在没有任何外部场的情况下，这是由界面Dzyaloshinkii-Moriya相互作用稳定的纯手性Néel型DW的指示。这些结果表明，在过渡金属/稀土合成亚铁磁体的堆叠顺序起着重要的作用，在确定相关的自旋电子应用的磁输运性质。
2022-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Millimeter-sized magnetic domains in perpendicularly magnetized ferrimagnetic Mn4N thin films grown on SrTiO3
使用外延层的畴壁为基础的自旋电子应用程序往往受到阻碍钉扎网站的存在。在这里，我们表明，当沉积Mn4N（10 nm）外延膜，MgO（001）的替代SrTiO 3（001）衬底允许最大限度地减少失配，并获得改善的结晶质量，更尖锐的开关，一个完整的剩磁，高各向异性和显着的毫米级磁畴，直和光滑的畴壁。在电流感生畴壁运动的背景下，
2018-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Single femtosecond laser pulse-driven ferromagnetic switching
本文报告了在铁磁体中利用热各向异性扭矩实现单激光脉冲驱动的相干磁化翻转，该翻转在飞秒到皮秒脉冲范围内稳健，且在CoFeB/MgO磁性隧道结中表现出超过110%的磁阻和优异能效，推动了光自旋电子学在内存技术中的应用。
2025-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Criteria to observe single-shot all-optical switching in Gd-based ferrimagnetic alloys
本文通过系统调控Gd基稀土-过渡金属亚铁磁合金的磁性参数，确定了观测单发全光螺旋性无关开关所需的两个激光通量阈值及其与材料性质和脉冲时长的关系，为超快自旋电子器件设计提供判据。
2023-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Giant magnetocaloric effect driven by indirect exchange in magnetic multilayers
磁性多层膜中的间接交换耦合，也称为Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用，已知在控制磁化的层间排列方面非常有效。这种耦合通常在多层制造阶段固定，并且不允许器件应用所需的非原位控制。除了取向控制之外，还非常期望控制层内磁化的大小，理想地通过切换相关的RKKY耦合来接通/关断层内磁化。在这里，我们展示了一种磁性多层材料，结合热-以及场控制的RKKY交换，集中在一个稀释的铁磁合金层，并驱动它，虽然它的居里转变。薄铁磁体的这种开/关磁化切换在低场扫描内可重复且完全再现地进行，导致巨磁热效应，在~10 mT的外场下估计等温熵变为-10 mJ/K cm ^3，这大大超过了绝热退磁制冷系统中使用的最佳稀土基材料的性能。
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
High-Speed Tunable Microcavities Coupled to Rare-Earth Quantum Emitters
片上光子器件的电光控制是实现高效集成光子学的重要手段。由于其大的电光系数和高的非线性，绝缘体上钛酸锂（LNOI）是用于片上光子学的新兴平台[1]。将量子发射器集成到LNOI中将其在经典光子学中的多用途扩展到量子计算和通信[2，3]。在这里，我们将单一的稀土离子（REI）的量子发射体在电光可调锂磷灰石（LN）薄膜，并展示LN微腔耦合到REI在160 GHz的频率范围内的控制与5 \mus开关速度。腔的动态控制使得能够以短的时间常数调制REIs的Purcell增强。使用Purcell增强，我们发现的证据，检测单个Yb 3+离子在LN腔。在快速可调谐光子器件中耦合量子发射体是一种有效的方法来塑造发射体的波形[4]。它还提供了一个平台，用于在频谱-时间-空间域的集成中编码量子信息，以实现高水平的信道复用，以及生成确定性单光子源的方法[5，6]。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Antiferromagnetic metal phase in an electron-doped rare-earth nickelate
本研究发现低电子掺杂的稀土镍酸盐NdNiO3可在保留镍位点反铁磁有序的同时形成新金属相，验证了零场平面霍尔效应的自旋读写能力，拓展了其相图并为自旋电子应用提供可能。
2022-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room Temperature Dy Spin-Flop Switching in Strained DyFeO3 Thin Films
本文研究了外延应变对DyFeO3薄膜磁性的影响，发现压缩应变显著提高自旋转变温度，并在室温下以约0.06 T磁场实现Dy自旋翻转切换，揭示了应变调控稀土-铁交换相互作用的机制。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interface-Controlled Spin-Orbit Torques in Rare-Earth Synthetic Ferrimagnets Probed by Sagnac Magneto-Optics and Harmonic Hall Measurements
Institut Jean Lamour, Université de Lorraine（洛林大学让·拉缪尔研究所）；New York University（纽约大学）
本研究利用Sagnac磁光技术和谐波霍尔测量探究Co/Gd基合成亚铁磁体，明确界面对自旋轨道转矩的调控作用，证实Gd层在转矩产生中的功能，实现低电流密度下的SOT开关，为优化低功耗自旋电子器件提供新平台。
2026-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure tuning domain-wall chirality in noncentrosymmetric magnetic Weyl semimetal CeAlGe
拓扑磁性Weyl半金属是一类具有可控手性畴壁的半导体材料，具有广阔的应用前景。为了在应用程序中利用它们，重要的是要有一个适当的方法来调整和操纵这些域墙。一种可能的方式是通过磁致弹性耦合。最近提出的$R$ Al $X$（$R$ =稀土，$X$ =Si和Ge）族磁性Weyl半金属中稀土的参与可以提供这样的平台。在这里，我们提出的运输和流体静压下的CeAlGe的热力学性质。我们发现，压力增强CeAlGe的反铁磁交换，但基本上保留其磁性结构。在磁有序态中观察到具有明显环形状的大拓扑霍尔效应，并且在压力下它分裂成两个区域。这种不寻常的电磁响应被推断为手性磁畴壁的结果。压力下的反铁磁序的重新进入和前所未有的伴随其演变强烈建议通过磁弹性耦合在非中心对称磁性Weyl半金属开关这种电磁响应的能力。
2023-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Single-shot laser-pulse-induced magnetization reversal in CoFeB/MgO-based magnetic tunnel junctions
Université de Lorraine, CNRS, IJL（洛林大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）；Tohoku University（东北大学）；Inamori Research Institute for Science（稻盛科学研究所）
研究基于CoFeB/MgO的磁性隧道结中的单脉冲激光诱导磁化反转，通过调整Ru覆盖层厚度改变激光能量吸收分布，借助隧道磁电阻效应检测反转，发现超快自旋输运等可能助于开关过程，朝着超快光学控制与MTJ技术集成迈进。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
