Coupling of skyrmions mediated by RKKY interaction
本文讨论了由非磁性金属连接的双层系统中Skyrmions之间的相互作用。从自由载流子模型出发，我们证明了Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用可以引起skyrmion之间的吸引或排斥相互作用，这取决于间隔层的厚度。我们还表明，由于在RKKY能量增加时，skyrmion彼此远离，它们的宽度减小。最后，我们得到了解析解的skyrmion的位置时，skyrmion的面内距离是小的，它表明，一个有吸引力的RKKY相互作用产生的skyrmion precessory运动。这种RKKY诱导的耦合可以用作Skyrmion拖曳机制，以取代多层膜中的Skyrmion。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall
A spin-torque nano-oscillator based on interlayer-coupled meron-skyrmion pairs with a fixed orbit
本研究提出基于层间耦合梅伦-斯格明子对的固定轨道自旋扭矩纳米振荡器，解决了启动时间长和轨道可变问题，并拓宽了输出频率范围。
2024-02-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Skyrmions in square-lattice antiferromagnets
利用蒙特卡罗模拟计算了外磁场中正方晶格二维各向异性反铁磁体的基态，并与理论分析进行了比较。我们发现一个新的相位之间的自旋翻转和螺旋相，表现出强烈的相似性，在铁磁薄膜的skyrmions。我们表明，这一阶段出现的结果之间的竞争塞曼和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用能的磁系统。此外，我们发现，孤立的（反）skyrmions稳定在有限大小的系统，即使在较高的温度。正方晶格反铁磁体中的晶格稳定的skyrmion的存在提供了一种比铁磁体中的skyrmion更有吸引力的数据载体。
2016-03-11 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
Magnetic skyrmion logic gates: conversion, duplication and merging of skyrmions
磁skyrmions是铁磁体中的一种拓扑类粒子激发，近年来引起了人们的广泛关注。Skyrmionics是一种尝试使用磁性Skyrmion作为下一代自旋电子器件的信息载体。操纵和操作skyrmions的建议是非常需要的。在这里，我们证明了具有不同手性和拓扑结构的孤立skyrmions的转换，复制和合并都是可能的在一个系统。我们还证明了一个skyrmion转换成另一种形式的skyrmion，即，一个双桅帆我们设计自旋逻辑门，如与门和或门的基础上操纵的skyrmions。这些结果为利用纳米自旋织构拓扑结构作为信息载体在新型磁传感器和自旋逻辑器件提供了重要的指导。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tripartite hybrid quantum systems: Skyrmion-mediated quantum interactions between single NV centers and superconducting qubits
提出一种由磁性skyrmion、NV中心和超导量子比特组成的三方混合量子系统，利用skyrmion的量子化旋转模式作为中介，实现了单量子水平上NV中心与超导量子比特间的强耦合、相干信息传递和非互易响应。
2025-05-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupled breathing modes in one-dimensional Skyrmion lattices
我们探讨了强耦合的动态呼吸模式在一维（1D）的skyrmion晶格周期性地排列在薄膜纳米带。耦合的呼吸模式表现出特征性的下凹色散，其表示在零波数（k=0）处的同相高能量模式和在布里渊区边界（k=kBZ）处的反相低能量模式。允许模式的带宽随着最近邻skyrmions之间的距离的减小而增加。此外，集体呼吸模式在薄膜纳米带中的传播速度可达200 ~ 700 m/s，其传播速度可通过垂直于薄膜平面施加的磁场强度来控制。一维Skyrmion晶格中的呼吸模式可能形成在这样的纳米带中，可能可以用作信息处理设备中的信息载体。
2017-10-28 cond-mat.mes-hall
Coupling microwave photons to topological spin-textures in Cu$_2$OSeO$_3$
拓扑保护的纳米级自旋纹理，被称为磁skyrmions，具有粒子般的性质和功能涌现的磁性效应。在大块的立方体氦磁体中，不同的Skyrmion共振模式已经被使用类似于自旋电子学中的铁磁共振的技术识别出来。然而，微波光子和Skyrmion共振模式之间的直接光-物质耦合尚未得到证实。利用两个不同的腔系统，我们实现观察到的腔谐振模式和两个谐振skyrmion模式，逆时针旋转和呼吸模式，在散装铜$_2$ OSeO $_3$之间的直接相互作用。对于这两种谐振模式，我们发现在57 K的最大耦合强度表示的腔线宽在简并点的增强。我们研究了在预期的skyrmion相的有效耦合强度作为温度的函数。我们属性的最大有效耦合强度的存在下，大量的skyrmion，相应地，一个完全稳定的skyrmion晶格。我们的实验结果表明，光子和磁skyrmions的共振模式之间的耦合依赖于这些拓扑粒子的相对密度，而不是在系统中的纯自旋数。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction between defect and skyrmion in nanodisk
磁skyrmion是一种具有拓扑保护的稳定磁化结构，有望作为信息载体，但缺陷是不可避免的，对磁skyrmion的稳定和运动起着重要作用。本文研究了纳米盘中的点缺陷和环缺陷对skyrmion稳定性和动力学的影响，其中缺陷是通过局部修改磁性材料参数获得的。考虑到几何约束和钉扎效应的共同作用，我们证明了Skyrmion的择优位置是缺陷类型和Skyrmion与点缺陷之间距离的函数。我们还表明，由于圆对称的环缺陷的存在下，skyrmion尺寸的限制效果。最后，在自旋转移纳米振荡器的应用中，我们证明了skyrmion可以在纳米盘中被钉扎或旋转，并且振荡器的频率可以通过环缺陷在很大范围内改变。这些发现提供了一个完整的理解之间的相互作用skyrmion和缺陷的限制几何形状，并可能提供一个很好的策略，skyrmion振荡器的设计。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall
Skyrmion Logic System for Large-Scale Reversible Computation
计算可逆性是量子计算所必需的，并激发了计算系统的发展，其中信息载体在流过电路时是守恒的。虽然保守逻辑为没有能量耗散的可逆计算提供了一个令人兴奋的愿景，但在以前的实现中，大尺寸的信息载体降低了系统效率，并且纳米级保守逻辑仍然难以捉摸。因此，我们提出了一个非易失性的可逆计算系统，其中的信息载体是磁skyrmions，拓扑稳定的磁漩涡。这些纳米级准粒子通过自旋霍尔和斯基尔米恩-霍尔效应相互作用，因为它们通过铁磁纳米线传播，形成级联保守逻辑门。这些逻辑门可以直接级联在执行复杂逻辑功能的大规模系统中，信号完整性由时钟同步结构提供。通过对布尔逻辑门、Fredkin门和级联全加器的微磁模拟，证明了该系统的可行性。由于skyrmion可以在室温下以流水线和非易失性的方式传输，而没有任何物理粒子的运动，因此该skyrmion逻辑系统具有提供可扩展的高速低功耗可逆布尔和量子计算的潜力。
2019-10-07 cond-mat.mes-hall cs.ET
Sub-nanoscale atom-by-atom crafting of skyrmion-defect interaction profiles
磁skyrmions是由于其拓扑性质和纳米尺寸的自旋电子器件的信息载体的主要候选人。然而，任何材料固有的不可避免的不均匀性导致skyrmion的钉扎或排斥，类似于生物学概念，定义了skyrmion-缺陷相互作用的表型，在它们的运动中产生复杂性，并挑战它们作为未来信息位的应用。在这里，我们表明，原子的原子制造的多原子缺陷，反铁磁性或铁磁性，允许他们的能量分布，我们建立一个示意性的庞氏正方形的繁殖。根据第一性原理，在Ir（111）表面上的PdFe双层中产生skyrmions，由此产生的相互作用表型是丰富的。它可以是相反的原始一个，并最终是双重钉扎排斥性质产生的能源景观托管多域。这是由堆叠网站，几何形状，尺寸和化学性质的吸附缺陷，控制所涉及的磁相互作用。这项工作提供了新的见解，对破坏性的设备架构的发展，将缺陷纳入其设计，旨在控制和引导skyrmions。
2020-03-11 cond-mat.mes-hall
Skyrmion soliton motion on periodic substrates by atomistic and particle based simulations
本文通过原子模型与粒子模型对比研究周期缺陷阵列上斯格明子孤子运动，发现两种模型在锁定角度和驱动力范围上存在差异，并揭示了孤子作为信息载体的潜力。
2024-09-04 cond-mat.mes-hall
Encoding and multiplexing information signals in magnetic multilayers with fractional skyrmion tubes
本研究在定制磁性多层膜中提出并验证了分数斯格明子管（FSTs）作为信息位，设计出多层复用器件实现多路信号的编码与流水线传输，为未来自旋电子应用提供了新的信息载体。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall
Magnetic Skyrmions on a Two-Lane Racetrack
磁skyrmions是磁化的粒子状纹理，其特征在于拓扑缠绕数。在室温下，在磁性多层膜结构中观察到了纳米尺度的Skyrmions。小尺寸、拓扑量化和高效电操作的组合使它们成为高性能存储器件中信息载体的有趣候选者。有人提出了一种Skyrmion赛道存储器，其中信息被编码在一维纳米带中移动的Skyrmion之间的距离中。在这里，我们提出了一种替代设计，其中skyrmion在两个（或更多）平行的车道中移动，信息存储在每个skyrmion的车道号中。这种多通道轨道可以通过控制纳米带的高度轮廓来构造。窄纳米带中的排斥性skyrmion-skyrmion相互作用保证了不同通道上的skyrmion不能相互通过。电流脉冲可用于引起车道变换。结合这些元素提供了基于skyrmion的存储设备的鲁棒、高效的设计。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological Hall effect at above room temperature in heterostructures composed of a magnetic insulator and a heavy metal
非易失性存储器和计算技术依赖于对不会磨损的超微小信息载体的有效读取和写入。磁skyrmions正在成为一个潜在的载体，因为它们是拓扑鲁棒的纳米级自旋纹理，可以用超低电流密度操纵。迄今为止，大多数的skyrmions报告在金属薄膜，遭受额外的欧姆损耗，因此高能量耗散。因此，磁绝缘体中的skyrmions由于其低阻尼和没有欧姆损耗而对于低功率信息处理应用具有技术重要性。此外，它们吸引了研究各种磁振子-skyrmion相互作用的基本兴趣11。Skyrmions已被观察到在一个绝缘材料Cu 2 OSeO 3在低温下，在那里他们是稳定的散装Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。在这里，我们报告了在磁性绝缘体/重金属异质结构中在室温以上存活的磁性skyrmions的观察，即，钍铁石榴石/铂。这些skyrmions的存在是由于界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用引起的，并由涌现拓扑霍尔效应确定。通过改变温度来调节磁各向异性，我们在一个大的外磁场窗口中观察到skyrmions，并增强了skyrmions在易平面各向异性区域的稳定性。我们的研究结果将有助于创造一个新的平台，绝缘skyrmion为基础的室温低耗散自旋电子应用。
2019-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The dynamics of bimeron skyrmions in easy-plane magnets induced by a spin supercurrent
本文从理论上研究了准二维易平面磁体中孤立双分子skyrmion与周围自旋超流体的相互作用，揭示了skyrmion的能量依赖于在其背景中流动的局域自旋流.这一发现使我们提出通过自旋超电流来操纵skyrmion能量景观，这可以通过改变自旋电流注入和喷射的幅度来控制非局部通过边界。两个示例性的情况下进行了讨论：一个稳态运动的skyrmion引起的均匀力和skyrmion运动局部沿一维赛道。我们设想，与自旋超流体相互作用的skyrmion可以作为一个强大的点状信息载体，可以以最小的耗散操作。
2019-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Imprinting skyrmions in thin films by ferromagnetic and superconducting templates
磁性Skyrmions是新一代存储器中很有希望的信息载体。如何产生和稳定skyrmions是其成功应用于技术的关键。在这里，我们从理论上证明，阵列的skyrmions可以印在大量的铁磁薄膜，使磁性纳米结构的模板接近薄膜。研究了目前纳米技术所允许的两种模板：铁磁纳米棒阵列和超导涡旋。Skyrmion是在磁性薄膜短时间暴露于模板场时产生的，并且在去除模板后保持稳定。
2014-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Low-lying magnon frequency comb in skymion crystals
本文提出在斯格明子晶体中利用集体回旋与呼吸模式的三波混频产生低于铁磁共振频率的低能磁振子频率梳，提升了单频微波的非线性转换效率。
2024-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental observation of magnetic bobbers for a new concept of magnetic solid-state memory
手性skyrmions，这是纳米级的涡旋状自旋纹理，作为可移动的数据位载体的使用形成了最近提出的磁性固态存储器的概念的基础。在这个概念中，skyrmions被认为是独特的局部自旋纹理，其用于通过在引导纳米条上的相同skyrmions之间的不同距离的量化来编码数据。然而，高度移动和相互作用的skyrmions之间的距离守恒在实践中很难实现。在这里，我们报告的直接观察到的另一种类型的理论预测的本地化的磁状态，这是被称为手性bobber（ChB），使用定量离轴电子全息。我们表明，ChB可以共存一起与skyrmions。我们的研究结果提出了一种新的数据编码方法，即一个流的二进制数据表示一个序列的1和0可以通过一个序列的skyrmions和bobbers编码。于是不需要在数据比特载波之间保持限定的距离。提出的数据编码概念有望加速实现新一代磁性固态存储器。
2017-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Coexistence of Merons with Skyrmions in the Centrosymmetric van der Waals Ferromagnet Fe5GeTe2
Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$是一种中心对称的层状范德华（vdW）铁磁体，其居里温度$T_c$（270-330 K）在自旋电子学应用的有用范围内。然而，人们对它的拓扑自旋纹理之间的相互作用知之甚少（例如，merons、skyrmions），其具有技术上相关的输运性质，例如拓扑霍尔效应（THE）或拓扑热输运。在这里，我们通过高分辨率的洛伦兹透射电子显微镜，meron和反meron对共存与Néel skyrmions在Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$在很宽的温度范围内，并探测其对热和电输运的影响。我们检测到的THE，即使在房间$T$，感测merons在较高的$T$ s，以及它们与skyrmions共存的$T$降低，表明按需热驱动形成的任何类型的自旋纹理。值得注意的是，我们还观察到一个非常规的THE在没有洛伦兹力和属性之间的相互作用载流子和磁场诱导的手征自旋织构。我们的研究结果暴露Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$作为一个有前途的候选人的skyrmionics/meronics由于不同的，但共存的拓扑磁纹理和非常规的电荷/热载流子的运输之间的相互作用的应用程序的发展。
2023-02-15 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
Skyrmion Quantum Diode Prototype: Bridging Micromagnetic Simulations and Quantum Models
University of Florida（佛罗里达大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本研究提出基于Skyrmion量子比特的量子二极管原型，结合微磁模拟与量子模型，实现单向Skyrmion传输与潜在量子架构兼容性，为混合Skyrmion-量子平台奠定基础。
2026-01-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stability of a quantum skyrmion: projective measurements and the quantum Zeno effect
本文理论分析了局部投影测量下量子斯格明子的动力学，发现其量子态在外部扰动下变化甚微，并证明通过重复测量可借助量子Zeno效应实现量子斯格明子的完全稳定化。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
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
Inducing a Tunable Skyrmion-Antiskyrmion System through Ion Beam Modification of FeGe Films
本研究通过2.8 MeV Au⁴⁺离子不同注量辐照外延B20相FeGe薄膜调控无序结构，构建出可调谐斯格明子-反斯格明子系统，观测到对应双峰特征的强拓扑霍尔效应，为相关器件研发和理论验证提供了实验平台。
2024-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tailoring energy barriers of Bloch-point-mediated transitions between topological spin textures
本文理论研究手性磁体中 chiral bobber、偶极弦和 skyrmion 管等拓扑自旋织构，揭示 Bloch 点介导的转变能垒，并提出通过界面 DMI 调控其稳定性与相变。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall
An information circuit driven by a skyrmion Maxwell's demon
WPI Advanced Institute for Materials Research (AIMR), Tohoku University（东北大学物质材料研究机构）；Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪工业大学研究生院）；Nano-materials Micro-devices Research Center, Osaka Institute of Technology（大阪工业大学纳米材料微器件研究中心）；Spintronics Research Network Division, Institute for Open and Transdisciplinary Research Initiatives, The University of Osaka（大阪工业大学开放与跨学科研究倡议研究所自旋电子学研究网络部门）；Center for Spintronics Research Network (CSRN), Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪工业大学研究生院自旋电子学研究网络中心）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Research Institute for Hybrid Functional Integration（产业技术综合研究所混合功能集成研究所）；Center for the Promotion of Advanced Interdisciplinary Research, The University of Osaka（大阪工业大学高级跨学科研究促进中心）；Center for Science and Innovation in Spintronics, Core Research Cluster, Tohoku University（东北大学自旋电子学科学与创新中心核心研究集群）；Graduate School of Engineering, The University of Osaka（大阪工业大学工程学院）；ULVAC– The University of Osaka Joint Research Laboratory for Future Technology, The University of Osaka（爱发科-大阪工业大学未来技术联合实验室）；Institute for Chemical Research, Kyoto University（京都大学化学研究所）；Center for Spintronics Research Network (CSRN), Institute for Chemical Research, Kyoto University（京都大学化学研究所自旋电子学研究网络中心）；Faculty of Advanced Engineering, Tokyo University of Science（东京理科大学先进工学部）；International Center for Synchrotron Radiation Innovation Smart, Tohoku University（东北大学同步辐射创新智能国际中心）；Department of Electronic Science and Engineering, Kyoto University（京都大学电子科学与工程系）
本研究通过室温下两个磁性斯格明子的布朗运动实现信息引擎，实验验证信息流与信息亲和力成正比，确立信息欧姆定律，并修正了真实电路中的基尔霍夫电压定律。
2026-11-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
