Bi-stability of magnetic skyrmions in ultrathin multilayer nanodots induced by magnetostatic interaction
我们报告的模拟结果的磁skyrmion稳定性的双磁性多层纳米点与界面Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用（ESTA）。我们发现，在存在的横向约束的静磁能显着影响的skyrmion的稳定性，并导致稳定的大半径skyrmion，即使在较低的值的磁感应强度，除了小半径skyrmion稳定的磁感应强度。特别地，在偶极耦合的（Pt/Co/Ir）$_{n}$圆形纳米点中发现具有两个不同半径的skyrmion状态的稳定化（双稳定性），其中单位晶胞的重复数$n$ = 3和5。双稳定性范围位于0.9-1.1 mJ/m $^2$的双稳态强度处或位于2.2-2.6 nm的总Co层厚度处。
2017-08-03 cond-mat.mes-hall
Chirality inversion and radius blow-up of a Néel-type skyrmion by a Pearl vortex
该研究理论结合数值与微磁模拟，揭示超导体–手性铁磁异质结构中Pearl涡旋可使同轴Néel型斯格明子手性反转、半径激增，并受材料参数与超导层厚度调控。
2022-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Chiral skyrmions of large radius
研究了具有Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的铁磁体中轴对称磁skyrmion的结构。我们研究制度的大skyrmion，我们严格确定的无量纲参数的临界值，在该skyrmion半径发散到无穷大，而skyrmion能量收敛到零。该临界值与从均匀相（其容纳作为激发态的skyrmion）到螺旋相（其具有负能量）的预期转变点一致。我们给出了Skyrmion核的剖面场、外场和Skyrmion畴壁的中间场。此外，我们还导出了能量的首项渐近行为的显式公式，以及临界参数值的首项和第一渐近修正。导致结果的关键是一个宇称定理，利用精确的公式为中心的静态Landau-Lifshitz方程的解决方案的渐近行为的Skyrmion域壁。Skyrmion能量是半径的奇函数，无量纲参数是偶函数。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Eigenmodes of Neel skyrmions in ultrathin magnetic films
对具有界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）的铁磁薄膜中Néel skyrmions的静态和动态进行了微磁学模拟.研究结果表明，虽然呼吸，逆时针（CCW）和顺时针（CW）旋转本征模存在于Skyrmion晶格（SkL）阶段，只有前两个模式存在于孤立的Skyrmion（ISk）阶段。此外，CCW模式的本征频率对磁场驱动的SkL-ISk相变不敏感，并且Skyrmion间相互作用主要负责激发SkL相中的CW模式。研究结果提供了物理洞察的动态相变，并将使用潜在的skyrmion为基础的微波应用。
2017-04-28 cond-mat.mes-hall
The profile of chiral skyrmions of small radius
手征Skyrmions是具有Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用的铁磁体的Landau-Lifshitz方程的稳定粒子类解，由拓扑数表征。本文研究了轴对称Skyrmion的轮廓，在小DM参数（或大各向异性）的渐近极限下，给出了相应远场和近场方程的精确解。这两个领域的匹配导致一个公式的skyrmion半径作为DM参数的函数。导出的解决方案显示了不同的长度尺度，这是目前在skyrmion配置文件。因此，随着DM参数从零开始增加，这幅图是由半径无限小的Belavin-Polyakov解产生的手征Skyrmion。Skyrmion保留Belavin-Polyakov轮廓超过和远远超出核心之前，它假设一个指数衰减;轮廓的轴对称Belavin-Polyakov解决方案的单位度发挥作用的通用核心配置文件的手征Skyrmion。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Dynamical magnetic skyrmions
自旋转移矩（STT）为磁性纳米器件提供了在超低电流和低能量成本下操作的存储器、计算和微波元件的潜力。自旋转移力矩不仅在操纵众所周知的磁性结构（例如畴壁和涡旋）方面有效，而且还可以使以前无法获得的纳米磁性物体（例如磁性液滴和skyrmions）成核。虽然液滴和skyrmion都是孤子，前者是固有的动态和非拓扑，而后者是静态的，但拓扑保护。在这里，我们表明，它是可以将这些属性结合到一个新的拓扑保护的动态skyrmion，它增加了额外的自由度，和功能，液滴和skyrmion为基础的应用程序。与静态Skyrmion不同，动态Skyrmion可以在没有Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）或偶极-偶极相互作用（dipole-dipole interaction，DDI）的情况下成核和维持，并且一旦成核，是与STT和阻尼无关的一般孤子解。在存在大的电子束的情况下，动态skyrmion经历强烈的呼吸，特别是基于skyrmion的存储器和微波应用的前景。
2014-09-18 cond-mat.mes-hall
Static and Dynamical Properties of Antiferromagnetic Skyrmions in the Presence of Applied Current and Temperature
Skyrmions是磁性材料中具有拓扑保护的实体，其具有在自旋电子学中用于信息存储和处理的潜力。然而，铁磁体中的Skyrmion有一些内在的困难，必须克服它们才能用于自旋电子学应用，例如不能沿着电流直线运动。我们表明，Skyrmions也可以稳定和操纵反铁磁材料。反铁磁Skyrmion是一种复合拓扑物体，在每个子晶格上具有类似但符号相反的自旋纹理，例如导致马格努斯力的完全抵消。我们发现，反铁磁Skyrmions的复合性质引起不同的动力学行为，无论是由于施加的电流和温度效应。
2016-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of magnetic skyrmion clusters driven by spin-polarized current with a spatially varied polarization
磁性Skyrmions是未来信息技术的有希望的候选者。在这里，我们提出了一个孤立的skyrmion和skyrmion集群在铁磁纳米盘驱动的自旋极化电流与空间变化的极化微磁学研究。电流驱动的Skyrmion团簇可以是动态稳定的，也可以是静态的，这取决于空间变化的极化轮廓。对于动态稳态，skyrmion团簇在纳米盘中作圆周运动，而对于静态，skyrmion团簇是静态的。研究了Skyrmion作圆周运动的频率。此外，Skyrmion集团动力学的磁各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的依赖关系进行了研究。我们的研究结果可能为实现基于磁Skyrmion簇的器件提供一条途径。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gyrotropic skyrmion modes in ultrathin magnetic circular dots
我们计算了Skyrmion基态自旋圆柱形磁点的低频旋扭自旋激发模。由于各向同性和Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用、垂直磁各向异性和静磁相互作用的相互作用，skyrmion被假定为在室温和零外部磁场下是稳定的。我们考虑布洛赫和尼尔型磁skyrmions，并假设点的磁化强度不依赖于厚度坐标。在GHz范围内计算了Skyrmion旋变频率作为Skyrmion平衡半径、点半径和点磁参数的函数。讨论了纳米点中磁skyrmion回旋动力学的最新实验。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall nlin.PS
The dynamics of skyrmion shrinking
本文通过构建有效连续介质模型，研究磁性斯格明子坍缩前的收缩动力学，发现其半径从指数衰减过渡到临界时间附近的平方根减小，并揭示了临界时间与晶格常数的对数依赖关系及不同构型间的转变。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall
Skyrmion lifetimes in ultrathin films
我们发现，磁skyrmions的热稳定性可以强烈的熵效应的影响。在基于密度泛函理论参数化的原子自旋模型的谐振过渡态理论框架下，计算了Pd/Fe双层膜中孤立Skyrmion在Ir（111）和Rh（111）表面上的寿命.根据系统的不同，Skyrmion坍缩的尝试频率可以随着所施加的磁场的强度而改变多达9个数量级。我们证明，这种效果是由于熵与skyrmion半径的急剧变化，这开辟了一条新的路线，在室温下稳定的亚10 nm skyrmion。
2018-11-29 cond-mat.mes-hall
Wiggling skyrmion propagation under parametric pumping
我们解决的问题，如何磁skyrmions可以沿一个引导方向传播的参数泵浦。正如我们的微磁模拟所证明的那样，skyrmions很难单独由静态电场或静态磁场驱动。虽然磁各向异性可以通过电场来修改，但是具有振荡电场的参数泵浦只能激发呼吸模式。另一方面，静态磁场可以通过塞曼相互作用打破旋转对称性，但它不能作为推动skyrmion的能量来源。在这里，我们发现，一个垂直振荡的电场和一个平面内的静态磁场的组合可以驱动一个skyrmion经历沿着一个明确定义的轨迹摆动运动。当振荡场的频率接近呼吸运动的频率时，发生最有效的驱动。物理揭示在广义Thiele方程的参数泵浦激发的净自旋电流可以驱动的skyrmion传播通过角动量转移。与其他替代方案相比，我们的研究结果为以低功耗操纵金属和绝缘体中的skyrmions提供了新的可能性。振荡skyrmion运动也可以成为未来自旋电子应用的微波发生器，例如金刚石氮空位中心上的纳米工具。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Target-skyrmions and skyrmion clusters in nanowires of chiral magnets
在大块非中心对称磁体中，手性Dzyaloshinskiii-Moriya交换稳定了管状Skyrmions，其中心具有反向磁化。虽然双扭曲在Skyrmion的中心是有利的，但它会在外围产生过量的能量密度。因此，需要磁各向异性来使Skyrmion比块状材料中的圆锥螺旋状态更有利。使用蒙特卡罗模拟，我们表明，在磁性纳米线不寻常的skyrmions与一个双扭曲的核心和一些同心螺旋起伏（目标skyrmions）是磁稳定的，即使在没有单离子各向异性。这种skyrmion没有磁荷，并且由于描述表面磁化方向的角度取决于纳米线的半径和施加的磁场，因此它们携带非整数skyrmion电荷s > 1。这种状态与空间上分离的s=1 skyrmions的集群竞争。对于非常小的半径，目标skyrmion转变为s < 1的skyrmion，类似于由表面诱导的各向异性稳定的涡旋状状态。
2013-11-25 cond-mat.mes-hall
Accelerating, guiding, and compressing skyrmions by defect rails
磁性Skyrmions是自旋电子器件中很有希望的信息载体。以快速和受控的方式运输单个Skyrmions是该领域的关键问题。在这里，我们介绍了一个新的平台，用于加速，引导和压缩skyrmions沿预定义的路径。导向机构基于两条平行的缺陷线（轨道），一条吸引，另一条排斥。数值模拟，使用从国家的最先进的实验参数，表明沿轨道的skyrmions的速度增加到一个因素的10相对于非缺陷的情况下，而轨道之间的距离可以是一样小的初始半径的skyrmions。通过这种方式，可以大大增加磁Skyrmion编码和传输的信息流量。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall
Structural transition of skyrmion quasiparticles under compression
外部驱动力和粒子间相互作用的竞争对受限几何中拓扑准粒子的静态和动态性质具有重要影响。在这里，我们研究的动力学粒子的skyrmion下的电流诱导的压缩，skyrmion稳定在一个密闭的空间，并形成一个skyrmion固体。我们发现，纳米尺度的skyrmion的晶格结构转变可以诱导的压缩，这取决于初始的晶格配置和压缩水平。具有强Skyrmion-Skyrmion排斥的Skyrmion固体中的压缩效应可以产生表现出Skyrmion密度突变的波前，该波前可以根据压缩水平通过Skyrmion固体传播。此外，压缩skyrmion固体表面上的skyrmion链只要保持在驱动区域内，就可以沿表面进行快速而稳定的运动。由于Skyrmion-Skyrmion的破坏性碰撞，一些Skyrmion可能会在压缩过程中坍塌，这主要发生在驱动区和压缩区之间的Skyrmion注入边界附近。我们的结果对于理解具有非平凡拓扑的准粒子的压缩物理是有用的。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall
Hall Effect Induced by Topologically Trivial Target Skyrmions
通过非共面磁织构的电子获得一个Berry相，它可以被描述为一个有效的磁场。这种效应被称为拓扑霍尔效应，并已在拓扑自旋织构中观察到。最近的实验实现的动机，在这里，我们研究的霍尔效应在一个非拓扑磁纹理称为目标skyrmion。我们从一个简化的半经典图像，并表明霍尔信号是一个非单调函数的电子能量和目标skyrmion半径。这一观察结果延续到介观环境中的朗道-比蒂克形式主义中的完全量子力学处理。我们的结论挑战了社会上流行的观点，即这种结构中的霍尔效应必然需要非零的Skyrmion数。
2022-10-20 cond-mat.mes-hall
Quantum Depinning of a Magnetic Skyrmion
研究了介观磁性绝缘体中弱驱动Skyrmion脱离杂质势的量子脱钉效应。当势垒高度较小时，马格努斯力的动力学特性优于惯性力，问题归结为强磁场中的无质量带电粒子。的WKB指数，隧穿率，热和量子隧穿之间的交叉温度的通用形式提供，独立的钉扎电位的详细形式。结果进行了讨论的宏观参数的绝缘体Cu2OSeO3和各种skyrmion半径。我们证明了足够小的磁性skyrmions，半径约10个晶格位置，由数千个自旋组成，可以表现为量子物体在低温下的mK制度。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall
Static and Dynamics of Twisted Skyrmion Tubes in Frustrated Magnets
研究 frustrated磁体中扭曲Skyrmion管的静态与动态行为，揭示其稳定性机制及在低功耗存储设备中的应用潜力
2025-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Handwritten Digit Recognition by Spin Waves in a Skyrmion Reservoir
本研究通过数值模拟证明磁斯格明子晶格可用于储层计算，手写数字识别率超88%，较回声状态网络基线高约10%，且斯格明子制备仅需静磁场，为储层计算器件提供了高潜力方案。
2023-09-13 cond-mat.mes-hall
Temperature gradient-driven magnetic skyrmion motion
由于skyrmions作为信息载体和非常规计算的潜在应用，skyrmions的静态和动态特性最近受到越来越多的关注。虽然电流驱动的动力学已经在理论和实验上进行了深入的探索，但温度梯度诱导的动力学理论- Skyrmion-Caloritronics -仍处于发展的早期阶段。在这里，我们提出的主题，确定由于磁参数的温度依赖性的熵转矩的作用。我们的研究结果表明，skyrmions移动到更高的温度在单层铁磁体与界面Dzyaloshinski-Moriya相互作用，而在多层，他们移动到较低的温度。我们的分析和数值计算表明，相反的行为是由于不同的材料参数的标度关系，以及不可忽略的静磁场梯度在多层膜。我们还发现了一个空间依赖的Skyrmion霍尔角在多层托管混合Skyrmion由于厚度依赖的手征的变化，作为Skyrmion沿着温度梯度移动。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall
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
Chiral magnetic skyrmions across length scales
在具有Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用的磁性材料中发现的手征skyrmion的轮廓和能量可以通过在小和大skyrmion半径的极限下通过渐近分析获得的公式来近似。使用拟合技术，我们修改这些公式，使其有效性延伸到几乎整个范围的skyrmion半径。这样的公式获得的skyrmions是稳定的存在下的外部场或易轴各向异性或这些的组合。我们进一步研究了静磁场对Skyrmion轮廓的影响。我们比较的配置文件的磁泡，稳定没有手性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的手性skyrmion。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Characterizing breathing dynamics of magnetic (anti-)skyrmions within the Hamiltonian formalism
我们导出了一个描述圆形磁skyrmions和反skyrmions低能动力学的有效哈密顿系统。使用缩放和对称性参数，我们模型（反）skyrmion动力学通过一组有限的耦合，正则共轭，集体坐标。由此产生的理论描述是独立的微磁的细节，以及任何特异性的skyrmion配置文件的anterior。基于哈密顿结构，在半径远大于畴壁宽度的极限下，导出了（反）skyrmions呼吸动力学的一般描述。有效能量景观揭示了两种性质不同的呼吸行为。对于小的能量扰动，我们重现著名的小呼吸模式的激发，其中的磁矩的skyrmion振荡周围的平衡解决方案。在更高的能量下，我们发现了一种呼吸行为，其中skyrmion的平面角不断进动，将Néel转换为Bloch skyrmion，反之亦然。对于一个阻尼系统，我们观察到从连续旋转和呼吸skyrmion到振荡的过渡。我们分析了这两种呼吸类型的特征频率，以及它们的振幅和不同的能量耗散率。对于旋转（振荡）呼吸模式，我们预测平均能量的线性（指数）衰减。我们认为，这种截然不同的耗散行为应观察到的频谱的激发（反）skyrmions。
2018-11-25 cond-mat.mes-hall
Skyrmion motion in a synthetic antiferromagnet driven by asymmetric spin wave emission
本研究通过微磁模拟提出一种仅用全局磁场操控合成反铁磁体中斯格明子的新方法，揭示非对称自旋波发射驱动运动的机制，为相关新型计算架构设计提供参考。
2025-07-31 cond-mat.mes-hall
Skyrmion confinement and dynamics in tracks patterned with magnetic anisotropy: theory and simulations
Skyrmion是在磁性薄膜中激发的一种受拓扑保护的自旋织构。Skyrmions的半径通常为10-100 nm。由于其尺寸，skyrmion有望成为内存和新型设备的候选者。为了实现将使用skyrmion电路的未来设备，需要引导skyrmion运动的轨道。在磁各向异性能量的差异图案化的轨道是良好的铺设没有潜在的口袋，而磁膜雕刻出的轨道有潜在的口袋在角落处由于退磁场。因此，具有磁各向异性图案化的轨道在制作Skyrmion电路中起着关键作用。按照这一思路，对轮毂和弯曲轨道进行了试验。然而，我们对这些轨道中的skyrmions运动知之甚少。这项工作的目的是确定skyrmions和墙壁的轨道之间的作用力。作用在Skyrmion上的静力可以表示为负的由磁各向异性起伏引起的势能梯度。势可以通过数值计算来估计，用它们的半径和畴壁宽度来模拟skyrmions的形状。我们发现，力不仅取决于到墙壁的距离，但也对形状的skyrmions。我们还进行了微磁模拟的马格努斯力和加速度的磁各向异性梯度被考虑到，以及由墙壁的力量。模拟结果表明，与从模型skyrmions计算的结果吻合良好。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall
Magnetic skyrmions in cylindrical ferromagnetic nanostructures with chiral interactions
我们研究了具有手征相互作用的铁磁材料的圆柱形纳米带和纳米管中稳定磁性skyrmion的几何条件。我们得到的低温平衡态的系统实现模拟退火技术的经典自旋哈密顿与竞争各向同性交换和手征相互作用，径向各向异性和外场。讨论了表面曲率对磁skyrmion的形成、形状和大小的影响。我们证明了Skyrmion相位随曲率的演化是由两个特征长度之间的竞争控制的，即曲率半径$R$（几何长度）和Skyrmion半径$R_{sk}$（物理长度）.在窄纳米管（$R<R_{sk}$）中，skyrmion相演变为条纹相，而在宽纳米管（$R>R_{sk}$）中，出现混合skyrmion-条纹相。最有趣的是，混合相的特点是空间分离的skyrmions条纹由于相对于表面法线的方向施加的领域。在稳定区域（$R \gtrsim R_{sk}$）中，skyrmions保持圆形，并由于其拓扑保护而保持其大小。零场skyrmions被证明是稳定的弯曲的纳米元素与自由边界内相同的稳定区域（$R\gtrsim R_{sk}$）。从实验和技术的角度来看，从稳定性的圆柱表面上的skyrmions进行了讨论。
2020-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tailoring Magnetic Skyrmions by Geometric Confinement of Magnetic Structures
纳米尺度的磁性skyrmions具有有趣的静态和输运性质，使它们成为未来自旋电子器件的候选者。因此，控制和操纵Skyrmions的大小和行为至关重要。使用Ginzburg-Landau方法，我们从理论上表明，skyrmion和skyrmion晶格可以稳定的单轴磁各向异性的薄膜的中心对称铁磁体的空间调制。值得注意的是，skyrmion的大小是由交换长度和各向异性的空间调制的周期的比率，在方差与常规skyrmion稳定的偶极和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMIs）。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Driving magnetic skyrmions with microwave fields
通过数值求解二维系统中经典自旋模型下的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，我们从理论上证明了磁skyrmion和skyrmion晶格都可以在微波磁场作用下运动.该机制通过打破skyrmion的轴对称性来实现，例如通过施加静态面内外场。Skyrmion的净速度取决于微波场的频率和振幅以及面内场的强度。发现最大速度的微波频率与skyrmions的呼吸模式的共振频率相一致。
2015-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiply periodic states and isolated skyrmions in an anisotropic frustrated magnet
多重周期态出现在各种各样的物理环境中，如瑞利-贝纳德对流，法拉第波，液晶，铁磁薄膜中的畴图案和最近在手性磁体中观察到的skyrmion晶体。在这里，我们研究了一个简单的各向异性阻挫磁体模型，并表明其零温相图包含许多多q状态，包括skyrmion晶体。我们澄清这些国家的稳定机制，讨论其多铁性和制定规则，寻找新的skyrmion材料。除了skyrmion晶体，我们发现稳定的孤立的skyrmion拓扑电荷1和2。受抑磁体中孤立skyrmions的物理性质是非常丰富的。它们的静动力学性质受到新的零模-- Skyrmion螺旋度的强烈影响。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Particle-like skyrmions interacting with a funnel obstacle
在研究纳米结构中的类粒子skyrmion时，skyrmion-衬底相互作用是一个需要考虑的重要问题，它可能强烈地影响skyrmion动力学并导致复杂的动力学现象。在这里，我们报告的电流驱动的动力学行为的粒子状skyrmions与漏斗障碍铁磁层。我们计算表明，增强垂直磁各向异性的漏斗障碍，可以用来修改由于排斥skyrmion漏斗相互作用，这可能会产生几个非平凡的影响，包括压缩，堵塞，湮灭，引导运动，捕获skyrmion的动力学。研究还发现，漏斗障碍物可以将进入的skyrmions流分成两个不对称的流。此外，我们表明，它是可能的捕获skyrmions的漏斗障碍，在静态和动态的方式。我们的研究结果是有用的理解Skyrmion动力学与基板的相互作用，并可以提供指导方针的Skyrmion流在传输通道的控制。
2022-09-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Symmetry-Governed Dynamics of Magnetic Skyrmions Under Field Pulses
该研究针对手性磁斯格明子认知不完整的问题，依据外磁场脉冲响应将其分为静止、平移、旋转三类，明确磁织构对称性的作用，为斯格明子散射等应用相关研究提供新方向。
2024-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of skyrmion, meron, anti-skyrmion and anti-meron in chiral magnets
我们发现封闭形式的解决方案的手征磁铁的欧拉方程的Skyrmion或meron依赖于磁各向异性和磁场的相对强度。我们表明，这些解决方案的相关长度尺度主要取决于Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的强度，通过其比率，分别与磁场和磁各向异性。因此，我们明确地确定的参数依赖于半径的拓扑结构，特别是skyrmions，表现出良好的协议与实验和第一原理研究。一个各向异性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用适合于薄膜制成的$C_{nv}$对称材料被发现稳定反skyrmion和反meron，这是典型的$D_{2d}$对称系统，取决于各向异性的程度。在此基础上，通过比较共线和非共线竞争相的能量，得到了相图。
2019-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-driven skyrmion dynamics in disordered films
本文对无序非均匀磁化薄膜中磁skyrmions的电流驱动动力学进行了理论研究。模拟的无序作为一个粒状结构，其中的局部各向异性随机变化，从晶粒到晶粒。skyrmion速度计算不同的无序参数和合奏。对于由于面内电流和自旋霍尔效应引起的自旋扭矩，可以看到类似的行为，其中可以在低电流下识别钉扎机制，在较高电流下向无无序情况过渡，类似于无序膜中的畴壁运动。此外，还发现了与电流相关的Skyrmion霍尔效应和纤芯半径的涨落，这是由于与钉扎势的相互作用引起的。
2017-03-15 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
Thermal Creation of Skyrmions in Ferromagnetic Films with Perpendicular Anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
该研究通过蒙特卡罗模拟理论分析了特定铁磁薄膜中斯格明子的热产生，发现高温助力其形成且降温可冻结为规则晶格，还揭示了其拓扑性质及窄磁场下能量低于迷宫磁畴的特性。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Dynamics in the Presence of Deformation
磁skyrmions是一种拓扑自旋织构，有望用于未来的高密度和非易失性存储器。理解存在形变时电流驱动的skyrmion动力学是至关重要的，然而，其分析模型仍然难以捉摸。在这里，我们扩展Thiele的模型，同时考虑径向和切向力。我们的模型将Skyrmion形变归因于电流引起的旋转对称性破缺，其中包括磁化倾斜和畴壁宽度变化。我们的预测skyrmion半径和非线性动力学与微磁学模拟结果是一致的。此外，我们还证明了通过施加面内磁场，可以抑制skyrmion的形变，甚至可以实现skyrmion的压缩。我们的模型提供了一个通用的方法来分析skyrmion变形，并可能启发应用程序的基础上非线性skyrmion动力学。
2021-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Skyrmion Helicity: Quantization and Quantum Tunneling Effects
我们推导出在固态的磁螺旋度的量子化，并证明了可调宏观量子隧穿，相干性和振荡的skyrmion自旋纹理稳定在挫折磁铁。我们还讨论了实验实现量子效应的参数空间。通常，对于半径为5 nm的skyrmion，具有不同螺旋度的两个宏观态之间的量子隧穿发生在低于100 mK的秒内的反向逃逸速率，以及MHz范围内的能量分裂。磁自旋系综的量子隧穿的可行性激发了利用拓扑保护的手性自旋配置进行量子操作的新平台。
2022-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Skyrmion stacking in stray field-coupled ultrathin ferromagnetic multilayers
New Jersey Institute of Technology（新泽理工学院）；University of Bristol（布里斯托大学）；Université de Toulouse, CNRS（图卢兹大学，法国国家科学研究中心）；Università di Pisa（比萨大学）
本文研究了具有磁Skyrmion的铁磁多层异质结构的能量景观，通过微磁学建模框架推导出能量泛函，并证明了在特定条件下存在能量最小解。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
Non-equillibrium ultrafast optical excitation as a stimulus for ultra-small field-free magnetic skyrmions in ferrimagnetic GdFeCo
本研究通过原子尺度自旋动力学模拟证明，飞秒激光加热可在非晶 GdFeCo 中于皮秒尺度产生无场超小磁性斯格明子，并揭示其稳定与调控机制。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion flow in periodically modulated channels
本研究通过实验与模拟探究周期调制通道中金属薄膜内斯格明子流体的动力学，发现通道几何可调控边界条件，且斯格明子霍尔效应带来独特流动特性，为准粒子流体研究提供新认知。
2024-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Emergent electric fields driven by phonon-coupled skyrmion resonances
Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Indonesia（印度尼西亚大学数学与自然科学学院物理系）
研究通过理论模型探讨声子耦合反铁磁晶格共振驱动的宏观新兴电场，揭示对称性和动力学条件对直流和交流电场的产生作用，并在稀疏晶格极限下提供统一框架。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineered Chiral Skyrmion and Skyrmionium States by the Gradient of Curvature
纳米曲率磁体可以支持稳定在局部曲率的磁性skyrmion，而没有任何内在的手性相互作用。在这里，我们提出了一种新的机制，稳定手征Néel skyrmion态依赖于\textit{gradient}的曲率。我们说明我们的方法与一个例子的磁性薄膜与垂直磁各向异性形状为圆形压痕。我们发现，除了拓扑平凡的基态，有两个Skyrmion态的缠绕数$\pm 1$和一个Skyrmionium态的缠绕数$0$。这些手性状态是由于在弯曲的纳米压痕由于曲率引起的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的空间不均匀性的手性磁畴壁的钉扎而形成的。后者是由于弯曲处的局部曲率的梯度而出现的。虽然skyrmion的手性是由当地的曲率的符号，其半径可以在很宽的范围内变化，通过工程的弯曲相对于纳米压痕的中心的位置。我们提出了一个通用的方法，它使一个减少磁问题的任何表面的旋转到共同的平面问题，通过适当的修改常数的各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Magnetic skyrmion spectrum under voltage excitation and its linear modulation
磁skyrmion是一种拓扑准粒子，由于其纳米尺度、高稳定性和大速度，在未来的信息存储和处理器件中具有巨大的应用潜力。最近，Skyrmions的高频特性已被探索用于磁振子纳米器件。本文利用圆形薄膜中的压控磁各向异性效应，系统地研究了孤立Skyrmion在电压激励下的动力学行为。本文提出了一个考虑退磁化能的理论模型，该模型在以往的Skyrmion研究中常常被忽略或表面化处理，但在确定Skyrmion动力学状态时却被证明具有重要意义。与我们的模型，周期性振荡的skyrmion半径可以解决数值与类似的精度相比，micromagnetic模拟，和skyrmion呼吸的特征频率，可以确定更高的精度比以前的研究分析。此外，我们发现，呼吸skyrmion可以类比为调制器，通过调查其线性调制功能下的正弦形式的电压激励。与传统的调制系统采用复杂的CMOS电路不同，该Skyrmion调制器器件集调制和载波产生功能于一体，在应用中显示出更大的方便性和效率。我们的研究结果可以提供有益的指导，无论是理论和实验skyrmion的研究，以及基于skyrmion的磁振子器件的发展具有显着的潜在应用在未来的通信系统。
2019-07-26 cond-mat.mes-hall 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
High-topological-number magnetic skyrmions and topologically protected dissipative structure
拓扑数为1的磁skyrmion（$Q=1$）是具有Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用的非线性$σ$模型中一种著名的纳米涡旋自旋结构。在这里，我们表明，磁skyrmion与拓扑数为2（$Q=2$）可以创建和稳定的垂直自旋极化电流，但它不能作为一个静态稳定的激发存在。含$Q=2$的磁Skyrmion是一种非平衡动力学物体，它依赖于电流注入的能量与Gilbert阻尼的能量耗散之间的平衡。一旦它被创建，它就成为一个拓扑保护对象，免受包括注入电流本身在内的各种变量的波动。因此，我们可以称之为拓扑保护耗散结构。通过研究磁化强度分布、拓扑电荷密度和能量密度的演化，阐明了含$Q=2$的磁skyrmion的成核和破坏机制.我们的结果对于研究具有更高拓扑数的磁skyrmions的非平凡拓扑是有用的。
2016-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Dynamics of magnon fluid in Dzyaloshinskii-Moriya magnet and its manifestation in magnon-Skyrmion scattering
我们构造的Holstein-Primakoff哈密顿磁振子在任意缓慢变化的自旋背景下，微观自旋哈密顿铁磁自旋交换，Dzyaloshinskiii-Moriya交换，和塞曼项。磁振子动力学的Gross-Pitaevskii型方程包含几个背景规范场，涉及局部自旋手征、非均匀势和违反玻色子数守恒的反常散射。对文献中的公式进行了非平凡修正。随后映射到流体动力场，得到磁振子流体动力学的连续性方程和欧拉方程。基于我们的Gross-Pitaevskii公式，数值研究了局域Skyrmion的磁振子波散射。指出了碰撞磁振子所经历的有效磁通量与Skyrmion半径的关系，并与用Landau-Lifshitz-Gilbert方程对同一问题的分析进行了比较。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Dynamic Fingerprints of Synthetic Antiferromagnet Nanostructures with Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
具有界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的合成反铁磁体（SAF）纳米结构可以具有拓扑上不同的自旋纹理，例如skyrmions，因此被认为是自旋电子学和磁振子应用的有希望的候选者。在这里，我们提出了全面的微磁模拟这样的材料系统，并讨论了丰富的相图，包含各种类型的磁配置。除了静态性质，我们进一步讨论了计算的磁态，其中包括个别skyrmions和skyrmionium的共振激发。最后，在磁传感应用的背景下，基于宽带铁磁共振测量的动态指纹的SAF skyrmion团簇的内部模式进行了研究和讨论。
2022-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the role of dipolar versus Dzyaloshinskii-Moriya interaction in stabilizing compact magnetic skyrmions
磁性skyrmions已经在铁磁薄膜和多层膜中进行了广泛的实验研究，揭示了它们的大小，稳定性和内部结构的多样性。虽然正统的skyrmion理论专注于Dzyaloshinskiii-Moryia相互作用（Dzyaloshinskiii-Moryia interaction），忽略了高阶能量项，但很明显，为了理解这些最近的观测结果，需要考虑全部杂散场能量。在这里，我们提出了一个严格的数学分析的基础上，允许占满杂散场能量的薄膜和低磁制度的微磁学研究。在这个制度下，skyrmion的档案是接近Belavin-Polyakov档案，从而产生平衡skyrmion半径和能量的解析表达式。所得到的公式提供了一个明确的识别Dzyaloshinskiii-Moryia和长程偶极相互作用作为两个物理机制确定skyrmion的大小和稳定性，考虑的重要性，为自旋电子应用的skyrmion特性的优化。
2019-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Dynamic transformation between a skyrmion string and a bimeron string in a layered frustrated system
挫折拓扑自旋纹理具有独特的属性，可以使新的自旋电子应用，如螺旋度为基础的信息存储和计算。在这里，我们报告的静态和电流诱导动力学的二维（2D）煎饼skyrmions在堆栈的弱耦合阻挫磁单层，形成一个三维（3D）skyrmion字符串。布洛赫型斯基米子弦在能量上比尼尔型的更稳定。在类阻尼自旋轨道力矩的作用下，它可以作平动运动，并表现出与阻尼相关的Skyrmion霍尔效应。最值得注意的是，skyrmion字符串可以转换为一个动态稳定的bimeron字符串的dampinglike自旋轨道扭矩。电流诱导的双介子弦相对于其中心稳定旋转，当电流被切断时，其可以自发地转变回Skyrmion弦。我们的研究结果揭示了不寻常的3D挫折自旋纹理的物理性质，并可能打开不同的可能性自旋电子应用的基础上skyrmion和bimeron字符串。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topological Superconductivity in Skyrmion Lattices
原子操纵和界面工程技术提供了一种新的方法来定制设计拓扑超导体和随之而来的马约拉纳零模式，代表了一个新的范例，实现拓扑量子计算和拓扑为基础的设备。磁-超导混合系统（MSH）通过控制其磁层的复杂结构和超导表面的界面性质，已被实验证明适合于设计拓扑超导性。在这里，我们证明了二维MSH系统包含一个磁skyrmion晶格提供了一个前所未有的能力来控制拓扑相的出现。通过改变skyrmion半径，这可以通过外部磁场在实验上实现，人们可以在不同的拓扑超导相之间进行调谐，从而可以探索它们的独特性质以及它们之间的转变。在这些MSH系统中，约瑟夫森扫描隧道光谱空间可视化拓扑超导性出现的最关键方面之一，诱导自旋三重态相关的空间结构。
2020-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum Brownian Motion of a Magnetic Skyrmion
在微观理论下，我们研究了磁绝缘体中的Skyrmion的量子布朗运动，该运动与磁振子量子激发池耦合。内在的Skyrmion浴耦合引起的Skyrmion质心的阻尼项，这是有限的，直到零温度由于磁振子浴的量子性质。我们表明，量子版本的波动耗散定理获得了非平凡的温度依赖性。因此，Skyrmion均方位移在零温度下是有限的，并且具有与温度成二次方的快速热激活，与经典唯象理论预测的线性增加相反。研究了直接作用于磁振子池的外部振荡驱动器的影响。我们推广的标准量子理论的耗散，我们明确表明，额外的时间依赖性耗散项产生的外部驱动器。从这些，我们强调摩擦和拓扑电荷重整化项，这是缺席的静态限制。Skyrmion响应函数继承了驱动场的时间周期性，因此在驱动周期内增强和降低。最后，我们提供了一个广义版本的非平衡波动耗散定理有效的弱驱动浴。
2019-04-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ginzburg-Landau theory for skyrmions in inversion-symmetric magnets with competing interactions
磁skyrmions近年来吸引了相当大的关注，在自旋电子学应用的巨大潜力。一般来说，skyrmions比原子晶格常数大，这允许在连续极限下的金斯堡-朗道型描述。这样的描述成功地捕获了B20化合物中Skyrmions的主要实验观察，没有反转对称性。Skyrmions也可以存在于具有竞争相互作用的反转对称磁体中。在这里，我们推导出一个一般的金斯堡-朗道理论的skyrmions在这些磁铁有效的长波长限制。我们基于导出的Ginzburg-Landau理论研究了Skyrmions的不寻常的静态和动力学性质。我们表明，易轴自旋各向异性是足够的稳定skyrmion晶格。有趣的是，反转对称磁体中的skyrmion除了通常的skyrmion平移运动（轨道运动）之外，还具有与螺旋度旋转相关的新的内部自由度，即skyrmion作为粒子的"自旋"。单个skyrmion的轨道自由度和自旋自由度可以相互耦合，并产生不寻常的行为，这是由Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用稳定的skyrmion所不存在的。导出的Ginzburg-Landau理论为讨论Skyrmion物理提供了一个方便和通用的框架，并将有助于在反演对称磁体中寻找Skyrmion。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.str-el
Baby skyrmions on the sphere
本文研究了半径为L的球上的二维Skyrmions模型。这种模型模拟了密度为W/（2 πL^2）的Skyrmion晶格，其中W是Skyrmion缠绕数。我们表明，在一个很好的近似下，物理结果只依赖于乘积αL^4，其中α是势项的强度。在αL^4范围内，或小于3时，序参量为零，则密度在整个表面上均匀分布，并且W=2扇区的能量大于W=1扇区的能量的两倍。如果αL^4近似或大于6时，序参量接近1，密度集中在极点之一附近。此外，disoliton总是有约束力的。我们还给出了场方程的一个变分解，它的纯αL^4依赖性是精确的。最后，讨论了我们的结果对量子霍尔效应的影响。
1997-08-27 cond-mat.mes-hall hep-ph hep-th
Optimal skyrmion stability in antisymmetric ultrathin ferromagnetic bilayers
Université de Toulouse, CNRS, CEMES（图卢兹大学，法国国家科学研究中心，电子与分子材料中心）；School of Mathematics, University of Bristol（布里斯托尔大学数学学院）；Dipartimento di Matematica, Università di Pisa（比萨大学数学系）
本文通过微磁学模型研究超薄反向非对称铁磁双层中磁涡稳定性，揭示了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用与偶极相互作用协同稳定磁涡的机制，并在非维参数空间中确定了磁涡最优稳定性线。
2026-04-02 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
