Lifetime of racetrack skyrmions
Skyrmion赛道是未来信息技术的一个很有前途的概念。在那里，二进制比特由纳米级的自旋漩涡（skyrmions）携带，沿着磁条驱动。Skyrmions的稳定性是实现该技术的关键问题。在这里，我们表明，赛道skyrmion寿命可以计算作为温度，磁场和磁道宽度的函数从第一性原理。我们的方法结合谐波过渡态理论扩展到包括Goldstone模式，原子自旋哈密顿参数化从密度泛函理论计算。我们证明了两种湮灭机制有助于skyrmion的稳定性：在低外部磁场，逃逸通过轨道边界占主导地位，但存在一个交叉领域，在内部的崩溃成为主导。考虑到Pd/Fe双层膜在Ir（111）衬底上作为一个成熟的模型系统，计算的寿命被发现是一致的报道的实验测量。我们的研究结果为预测模拟打开了大门，不受经验参数的影响，有助于设计基于skyrmion的信息技术。
2017-10-02 cond-mat.mes-hall
Positional stability of skyrmions in a racetrack memory with notched geometry
磁skyrmions是手征自旋纹理与有吸引力的功能，如超小的尺寸，孤子的性质，和容易的流动性与小电流，使他们有希望作为信息承载位在低功耗高密度存储器，和逻辑应用。然而，它是必不可少的，以保证skyrmion的位置稳定性的可靠信息提取。使用微磁模拟的最小能量路径（MEP），我们计算与稳定的缺口沿赛道的能量障碍。我们改变材料参数，具体地说，手性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用）的强度，缺口几何形状和跑道的厚度，以获得最佳的势垒高度。我们发现，减少skyrmion的大小，因为它挤压过去的缺口引起的能量障碍。我们发现，对于5 nm厚度的跑道，能量势垒范围高达~ 45 kBT，可以为长期存储应用提供数年的skyrmions位置寿命，同时需要适量的电流（~ 10^10 A/m2）来移动skyrmions。此外，我们推导出准解析方程来估计的能量障碍。我们还探讨了其他钉扎机制，如在一个区域的材料参数的局部变化，并发现，缺口的几何形状提供了最高的能量势垒。我们的研究结果开辟了可能性，设计实用的skyrmion为基础的赛道几何自旋电子学应用。
2021-12-27 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
Electrical writing, deleting, reading, and moving of magnetic skyrmioniums in a racetrack device
磁性Skyrmionium（也称为2 $π$ -Skyrmion）可以理解为一个Skyrmion -一个拓扑上非平凡的磁性漩涡-它位于第二个具有反向磁化的Skyrmion的中心。在这里，我们提出了一种新的光电写入和删除机制的薄膜Skyrmionium，以及基于拓扑霍尔电压的读取机制。此外，我们指出的优势，利用skyrmioniums作为载体的信息相比，skyrmions与电流驱动的运动。我们模拟所有四个组成部分的操作skyrmionium为基础的赛道存储设备：创建，运动，检测和删除位。因此，skyrmionium的存在被解释为“1”，而它的缺失被解释为“0”位。
2019-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Skyrmion Racetrack memory with an antidot
Skyrmion赛道存储器在未来的非易失性固态器件中具有很大的潜力。一般来说，这样的设备需要电流通过自旋转移矩（STT）效应使skyrmions成核。此外，还需要电流来驱动纳米线器件中的skyrmion。然而，在连续Skyrmion的成核期间施加的电流可能对先前生成的Skyrmion的传播具有不希望的扰动\emph{viz.}焦耳加热和Skyrmion霍尔效应。因此，需要新的方法来解耦skyrmions的产生和传播。在这里，我们提出了一种新的路线，通过微磁模拟产生的skyrmions三角形antidot结构的铁磁纳米轨道使用本地奥斯特场。反点是磁性纳米元件中的孔。可通过调整放置在纳米轨道的任一端的反点的尺寸来实现受控的skyrmion注入。多个skyrmions可以同时产生通过纳入更多数量的antidot。在这里，我们提出了一种新的设计，实现skyrmionic racetrcak内存，其中一个可以单独生成和操纵的纳米轨道内的skyrmion。
2020-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temporal Memory with Magnetic Racetracks
竞争逻辑是一种相对定时代码，其表示一组导线上的数字边缘的波前中的信息，以便加速动态编程和机器学习算法。Skyrmions，气泡和畴壁是移动磁配置（孤子）与布尔数据存储的应用程序。我们建议使用这些孤子的电流感应位移的磁赛道作为本机的时间存储器的种族逻辑计算。本地同步的赛道可以在空间上存储数字边缘的相对定时，并提供非破坏性的读出。skyrmion运动的线性运动学，所提出的设备的可调谐性和低电压异步操作，以及消除任何需要恒定skyrmion成核，使这些磁赛道的自然记忆低功耗，高吞吐量的种族逻辑应用。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
Skyrmion bound state and dynamics in an antiferromagnetic bilayer racetrack
我们研究了反铁磁双层系统中不同层中两个skyrmions的动力学，该系统由具有跑道形状的纳米条纹组成。顶部和底部的纳米条由高度偏移分开，并且它们通过铁磁交换耦合，从而允许来自两层的skyrmion之间的相互作用。根据Skyrmion之间的距离，它们相互吸引足以达到束缚态。我们还分析了它们的动力学时，电流施加在一个独特的层，我们确定如何的束缚态成核取决于电流密度和skyrmions之间的垂直距离。最后，我们分析了两种情况下的束缚态的鲁棒性：1）由干净或均匀的反铁磁轨道构成的系统; 2）系统中，随机分布的磁性杂质在两个层中包括在系统中。
2021-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Self-Focusing Skyrmion Racetracks in Ferrimagnets
本文从理论上研究了非均匀金属薄膜中亚铁磁skyrmions在角动量补偿点附近的动力学行为。特别是，它示出的线的消失角动量可以被用作自聚焦赛道的skyrmions。为此，我们首先推导出的动力学共线亚铁磁体在存在的充电电流的运动方程。所得运动方程在两个特殊极限下退化为铁磁体和反铁磁体的运动方程。在集体坐标方法中，Skyrmion表现为在受到磁场的粘性介质中运动的大质量带电粒子。类似于电子在非均匀磁场中的蛇形轨道，我们证明了具有非均匀角动量密度的亚铁磁体可以呈现出skyrmions的蛇形轨道，这些轨道可以作为skyrmions的跑道。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Typical skyrmions versus bimerons: a long-distance competition in ferromagnetic racetracks
在过去的几年里，拓扑保护集体模式的磁化引起了人们的广泛关注。其中，Skyrmion和Merons一直是深入研究的对象。特别地，拓扑skyrmion是具有整数skyrmion数$Q$的对象，而merons具有半整数skyrmion电荷$q$。在这项工作中，我们考虑了一个$Q=1$ skyrmion，由一个meron和一个antieron（bimeron），在铁磁赛道位移，争论与其更著名的对手，典型的$Q=1$圆柱对称skyrmion的长距离竞争。这两种拓扑结构都诱导了马格努斯力，然后受到霍尔效应的影响。的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（$DMI$）存在于某些材料，并能够诱导$DMI$ -skyrmions的影响进行了分析。我们的主要目的是比较这些物体的运动（由自旋极化电流引起）以及它们自己的特定赛道。我们还调查了一些有利因素，这些因素能够给竞争对手带来呼吸，促使他们在赛道横向边界被歼灭之前保持更长的距离。一个有趣的结果是，$DMI$ -skyrmion由于其较大的刚性而失去了这个假设的竞争。
2020-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.str-el
Domain-stored skyrmion structures for a reading error-detectable racetrack memory
本研究提出一种可检测读取错误的磁赛道存储器方案，采用畴存储斯格明子结构，以磁畴为存储单元、斯格明子有无对应比特，实现相邻单元电信号反号，并验证了结构可行性与斯格明子快速运动机制。
2024-07-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Creation and motion of antiferromagnetic skyrmions by edge manipulation
University of Hamburg（汉堡大学）
本文提出通过反铁磁样品边界局部磁化旋转或边缘交变磁化切换，高效产生和传输反铁磁斯格明子，避免全局驱动力，并对比铁磁过程展示其高效性。
2026-06-16 cond-mat.mes-hall
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
Coexistence of distinct skyrmion phases observed in hybrid ferromagnetic/ferrimagnetic multilayers
在室温下承载磁性skyrmions的材料可以实现新的计算架构以及紧凑和能量高效的磁性存储，如赛道存储器。在跑道装置中，信息通过磁skyrmion的存在/不存在来编码，磁skyrmion形成穿过装置的链。最终将导致赛道边缘处的skyrmion湮灭的skyrmion霍尔效应可以例如通过反铁磁耦合的skyrmion来抑制。然而，避免修改赛道中的Skyrmion间距离仍然具有挑战性。为了解决这个问题，一个比特链也可以由两个不同的孤子编码，比如一个skyrmion和一个chiral bobber。这种方法的主要局限性在于，它仅在B20型单晶材料系统中实现，该系统仅在低温下支持skyrmions，从而阻碍了未来应用的功效。在这里，我们证明了一个混合ferro/ferri/铁磁多层系统可以在室温下主机两个不同的skyrmion相。通过匹配定量的磁力显微镜数据与微磁模拟，我们发现，这两个阶段代表管状skyrmion和部分skyrmion（类似skyrmion bobbers）。此外，管状skyrmion可以转换为部分skyrmion。这样的多层系统因此可以用作使用不同类型的skyrmion设计skyrmion存储器应用的平台，并且潜在地用于使用薄膜器件中的垂直维度存储信息。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin current pumped by resonant skyrmion
自旋抽运是自旋电子学中一种被广泛认可的产生自旋电流的方法，它被认为是一个与自旋转移矩等效的基本动力学过程。在这项工作中，我们从理论上验证了振荡的自旋电流可以从微波驱动的呼吸skyrmion泵。与铁磁共振相比，skyrmion自旋泵浦可以用相对较低的频率激发，并且电流密度大于普通的铁磁共振自旋泵浦。基于Skyrmion自旋抽运，我们建立了一个高读取速度的跑道存储器模型，其读取速度比SOT（spin-orbit torque）/STT（spin-transfer torque）Skyrmion跑道存储器高一个数量级.我们的工作探索了skyrmion中的自旋泵现象，这可能有助于skyrmion基器件的应用。
2019-09-16 cond-mat.mes-hall
Role of impurity clusters for the current-driven motion of magnetic Skyrmions
我们研究了杂质如何影响磁Skyrmions在赛道几何运动的电流诱导动力学。为此，我们数值求解了由电流诱导自旋转移矩扩展的广义Landau-Lifshitz-Gilbert方程。特别是，我们调查两类杂质，非导电和磁性杂质。前者是磁刚性物体，并产生一个不均匀的电流密度超过赛道，我们分别通过求解基本的静电方程。相比之下，磁性杂质使施加的电流密度在整个条带中均匀。根据不同的参数，我们观察到四种不同的情况下的Skyrmion运动中存在的障碍，Skyrmion衰变，钉扎，创建额外的Skyrmion，和普通Skyrmion通道。计算并讨论了杂质浓度和杂质半径对相图的影响。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall
Josephson transistor from the superconducting diode effect in domain wall and skyrmion magnetic racetracks
本研究提出利用磁赛道上的畴壁、斯格明子等磁织构调控约瑟夫森结的超导二极管效应，实现无外场和本征Rashba自旋轨道相互作用的约瑟夫森晶体管，为低温存储器件提供新型读出方案。
2023-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Creating arbitrary sequences of mobile magnetic skyrmions and antiskyrmions
磁skyrmions和它们的反粒子，反skyrmions，是存在于纳米尺度的稳定磁孤子。它们的稳定性和尺寸以及通过例如，电流使它们成为用于存储器装置（例如跑道存储器）的有希望的候选者。斯基尔米恩和反斯基尔米恩各自都有同样的优势，但当它们共存于同一设备时，可能会相互湮灭。然而，将它们组合在一个设备中表示逻辑位0（skyrmion）和1（antiskyrmion），为创建新型密集封装的赛道存储设备开辟了新的可能性。为此，一个受控的创建和湮灭过程，即，写入或删除操作是必要的。在这里，我们提出了一种方法来创建任意序列的共存skyrmions和antiskyrmions的旋转的磁矩在一个矩形板的边缘。skyrmions和antiskyrmions保持稳定，不会相互湮灭。
2022-09-05 cond-mat.mes-hall
Self focusing Hybrid Skyrmions in spatially varying canted ferromagnetic systems
磁性Skyrmions是磁性薄膜中的准粒子配置，可以作为超小型全电子非易失性存储器的信息承载位。Skyrmions可以成核，并由重金属底层驱动的电流的自旋轨道扭矩驱动。沿着旋光路径，马格努斯力可以导致一个skyrmion在边界处湮灭。通过结合界面和体Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（DMI），例如通过在具有高自旋轨道耦合的重金属层顶部使用B20材料，可以设计出一种混合skyrmion，它将以零马格纳斯力平行于赛道行进。我们发现，通过使用一个空间变化的界面上，一个混合skyrmion将自动自聚焦到这样的轨道，其畴角沿路径演变。此外，使用一个栅极驱动的电压控制的磁各向异性，我们可以控制混合skyrmion的轨迹和它的最终收敛路径和车道选择在一个赛道几何。
2021-01-09 cond-mat.mes-hall
Manipulation of hybrid skyrmion dynamics by step DMI approach
本研究提出一种阶梯型 DMI 工程方法，通过微磁学模拟在混合型斯格明子 racetrack 中精确控制斯格明子尺寸与速度，并找到临界 DMI 比率消除斯格明子霍尔效应，实现无 SkHE 的高速稳定斯格明子。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
The skyrmion bags in an anisotropy gradient
具有任意拓扑电荷的自旋织构Skyrmion包有望成为赛道存储器中的载流子。在这里，我们从理论上和数值上研究了各向异性梯度中skyrmion袋的动力学。结果表明，在没有边界势的情况下，Skyrmion袋的动力学行为依赖于自旋织构，并且含有$Q = 0$的Skyrmion袋的运动速度比其它Skyrmion袋的运动速度快.而当Skyrmion囊沿边界运动时，所有具有不同$Q$的Skyrmion囊的速度是相同的。这可归因于相同的$u/η_{xx}$值，其中$u$和$η_{xx}$是与skyrmion袋的磁化分布相关的项。此外，我们还利用Thiele方法从理论上推导了这两种情况下Skyrmion袋的动力学，并讨论了Thiele方程的适用范围。在一定范围内，模拟结果与解析计算结果吻合较好。我们的发现提供了一种基于skyrmion袋操纵赛道记忆的替代方法。
2022-04-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Domain wall-gated skyrmion logic
Skyrmions和畴壁是典型的自旋织构，与磁存储器和逻辑应用具有重要的技术相关性，在磁存储器和逻辑应用中，它们被用作信息的载体。与畴壁相比，Skyrmions的独特拓扑结构使其显示出独特的动力学性质。一些研究表明，这两个拓扑不等价的磁性物体可以通过巧妙设计的几何结构相互转换。在这里，我们数值解决的skyrmion畴壁碰撞的磁跑道通过引入相对运动的基础上，一个专门设计的结的两个对象之间。电流作为驱动力，使skyrmion移向被捕获的畴壁对。我们观察不同类型的碰撞动力学通过改变驱动参数。最重要的是，在该系统中实现了Skyrmion输运的畴壁调制，允许构造一组畴壁门控逻辑非门、与非门和或非门。通过提供一种与赛道存储器完全兼容的有前途的逻辑架构，这项工作有望加快基于skyrmion的磁计算的发展。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust and programmable logic-in-memory devices exploiting skyrmion confinement and channeling using local energy barriers
磁skyrmions是有前途的候选人逻辑存储器应用，本质上合并高密度非易失性数据存储与计算能力，由于其纳米级的大小，快速运动，和相互排斥。然而，迄今为止提出的概念存在可靠性问题以及磁信息到电信号的低效转换。在本文中，我们提出了一种逻辑存储器设备，它利用skyrmion限制和沟道使用各向异性能垒，以实现可靠的数据存储和同步转移的赛道相结合的可扩展和可重新编程的逻辑依赖于纯粹的磁相互作用。该器件结合了一个赛道移位寄存器的基础上skyrmions限制在纳米点与全加法器（FA）门。所设计的FA是可重编程和可重构的，并且还可以用于执行简单的逻辑运算，例如AND、OR、NOT、NAND、XOR和NXOR。逻辑门的单片设计和没有任何复杂的电接触使该器件非常适合与传统CMOS电路集成。
2022-05-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultralow power and shifting-discretized magnetic racetrack memory device driven by chirality switching and spin current
针对磁赛道存储器缺乏快速精确畴壁移位机制和高驱动电流问题，提出由手性切换和超低自旋轨道矩电流驱动的相干畴壁运动方法，实现快速、超低能耗且离散化的移位，并验证其对斯格明子不适用。
2023-05-08 cond-mat.mes-hall
Current-driven motion of magnetic domain-wall skyrmions
本文理论研究铁磁条带中电流驱动畴壁斯格明子的运动，揭示其运动方向依赖电流方向，并基于此提出赛道存储架构。
2024-11-29 cond-mat.mes-hall
Current-induced H-shaped-skyrmion creation and their dynamics in the helical phase
不可避免的斯基尔米恩赛道般的应用的基本原则不仅是他们沿着一维通道的限制运动，而且他们的控制创建和湮灭。螺旋磁铁被认为可以自然地限制skyrmion沿着螺旋形成的轨道运动，这也允许高速skyrmion运动。我们提出了一个协议，在螺旋背景中创建拓扑磁结构。我们还分析了稳定性和电流驱动运动的skyrmions在螺旋背景与平面内单轴各向异性固定的螺旋方向。
2021-05-14 cond-mat.mes-hall
Local control of magnetic interface effects in chiral Ir$|$Co$|$Pt multilayers using Ga$^{+}$ ion irradiation
Skyrmions是拓扑保护的手性自旋织构，在未来的自旋电子学应用中显示出作为数据载体的前景。它们可以通过具有反转不对称性和自旋轨道耦合的材料系统（例如Ir $|$ Co $|$ Pt多层膜）中的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iH 2）来稳定。局部调节这种界面相互作用的能力，以及因此调节skyrmion能量的能力，可以极大地增强跑道型器件中skyrmion的成核和控制。在这项工作中，我们研究了局部调谐的电流和垂直磁各向异性（PMA）使用聚焦Ga $^{+}$离子束照射，在Ir $|$ Co $|$ Pt多层膜系统。我们表明，这两种效果的界面贡献的幅度可以显着减少与Ga $^{+}$离子的照射。这导致畴壁能量密度减小两倍，同时仍然保持畴壁的Néel特征。因此，我们假设Ga $^{+}$离子辐照是局部降低Skyrmion成核能垒的有效方法，为赛道型器件中的靶向Skyrmion成核提供了一种新的途径。
2021-10-04 cond-mat.mes-hall
Dynamics of a magnetic skyrmionium in an anisotropy gradient
磁性Skyrmionium是一种由两个Skyrmion数相反的Skyrmion组成的零Skyrmion数的磁化组态。在这里，我们研究了各向异性梯度下的Skyrmionium的动力学。我们发现Skyrmionium能被各向异性梯度有效地驱动，并沿梯度方向直线运动。Skyrmion的Hall角接近于零，比Skyrmion的Hall角小得多。而速度要大得多。我们还证明了skyrmionium的运动依赖于阻尼系数，运动中的skyrmionium稳定性可以通过缩小纳米线的宽度来调制。我们的工作为Skyrmionium的驱动提供了一种有效的方法，这在Skyrmionium赛道存储器的应用中可能是有前途的。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Rotating edge-field driven processing of chiral spin textures in racetrack devices
拓扑上不同的磁结构，如skyrmions，畴壁和均匀磁化状态，在逻辑器件，传感器和信息比特中有多种应用。应用这些比特的最有前途的概念之一是由电流或磁驱动场控制的跑道架构。在最先进的赛道中，这些场或电流被施加到整个电路。在这里，我们采用微磁和原子模拟，建立一个概念的赛道存储器免费的全球驱动力。令人惊讶的是，我们意识到，混合序列的拓扑结构不同的对象可以创建和传播远距离完全由局部旋转的磁化在样品边界。我们揭示了旋转的手征性和传播方向之间的依赖关系，并定义了所提出的程序可以实现的相空间。这种方法的优点是排除高电流和场密度，以及其与节能的三维设计的兼容性。
2020-09-23 cond-mat.mes-hall
Near-Landauer Reversible Skyrmion Logic with Voltage-Based Propagation
磁skyrmions是拓扑准粒子，其非挥发性，可检测性和流动性使它们成为低能计算的令人兴奋的候选者。以前的工作已经证明了在级联逻辑结构中电流驱动skyrmions的可行性和效率的启发，可逆计算。由于skyrmion可以通过电压控制的磁各向异性（VCMA）效应以更高的效率推进，这项工作提出了一种基于VCMA的skyrmion传播机制，大大减少了能量耗散。此外，我们展示了我们的新的基于电压的传播，使skyrmion逻辑门的功能，并估计其相对于其他逻辑方案的能源效率。在0 K的VCMA驱动的磁skyrmion逻辑的最小耗散被发现是$\sim$ 6 $\times$的室温朗道极限，表明通过进一步的工程的潜在子朗道耗散。
2023-01-25 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
Steering of the Skyrmion Hall Angle By Gate Voltage
磁skyrmion可以通过施加自旋极化电子流来驱动，该自旋极化电子流对构成skyrmion的局部自旋施加自旋转移力矩。然而，纵向动力学的困扰由skyrmion霍尔效应，导致skyrmion获得横向速度分量。我们展示了如何使用自旋-轨道相互作用来控制Skyrmion霍尔角，以及自旋转移和自旋-轨道力矩的相互作用如何导致横向运动的完全抑制。由于自旋-轨道转矩可以通过栅极电压全电子地控制，因此可以在宽跑道上以高速全电子地操纵skyrmion运动，并且可以实现概念上新的写入和选通操作。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall
Deterministic strain-control of stability and current-induced motion of skyrmions in chiral magnets
外部磁场、温度和自旋极化电流通常用于产生和控制纳米级涡旋状自旋配置，例如磁skyrmions。虽然这些方法已被证明是成功的，但由于高功耗和耗散，它们不是节能的。磁致弹性（MEL）效应是磁性和机械变形之间的耦合，它为纳米尺度下的磁性控制提供了一种新的方法。在电子和自旋电子器件的长度尺度不断减小的背景下，这是非常有趣的。因此，它是可取的，以建立一个全面的框架，能够预测机械应力的影响，并使确定性控制的磁纹理和skyrmions。在这项工作中，使用先进的多尺度模拟和洛伦兹透射电子显微镜测量方案，我们证明了确定性控制的拓扑磁纹理和skyrmion创建在薄膜和赛道的手征磁体。我们的研究不仅考虑了单轴应力，而且考虑了薄膜器件中普遍存在的双轴应力。双轴应力，而不是单轴的，被证明是更有效地创建或湮灭skyrmions时，MEL系数和应变具有相同或相反的符号，分别。它也被证明是一种可行的方法来稳定skyrmions和控制其电流诱导运动的赛道记忆。我们的研究结果打开了部署的机械应力，以创建新的拓扑自旋纹理，包括merons，并在控制和优化的skyrmion为基础的设备的前景。
2020-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field driven switching of individual magnetic skyrmions
利用电场控制磁性是开发未来节能装置的关键挑战，然而，反转对称状态之间的切换（例如，如当前技术中所使用的上下磁化）并不简单，因为电场不破坏时间反转对称性。在这里，我们证明了局部电场可以用来可逆地切换之间的磁性skyrmion和铁磁状态。这两种状态在拓扑上是不等价的，我们发现电场的方向直接决定了最终的状态。这一观察建立了将节能电场写入与最近设想的skyrmion跑道型存储器相结合的可能性。
2016-01-12 cond-mat.mes-hall
Experimental creation and annihilation of nonvolatile magnetic skyrmions using voltage control of magnetic anisotropy without an external magnetic field
在这项工作中，我们利用电压控制的磁各向异性（VCMA）操纵磁skyrmion是固定在空间。基于这种策略的存储器设备可能比基于电流控制运动的skyrmionic设备具有更小的占地面积和更好的能量效率。为了证明VCMA诱导操纵的skyrmions，我们制造反铁磁/铁磁/氧化物异质结构薄膜，skyrmions可以稳定，没有任何外部磁场由于交换偏置的存在。这些孤立的skyrmion被消灭的电压脉冲，增加PMA。另一方面，减少PMA促进形成更多的skyrmions。此外，通过增加体系的PMA，可以从手性畴产生Skyrmions。为了证实我们的实验观察，我们进行了微磁学模拟。所提出的方法可能会导致新的基于skyrmion的存储设备。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall
Magnetic bimerons as skyrmion analogues in in-plane magnets
磁性双重子是一对两个重子，可以理解为平面内磁化的skyrmion。在这里，我们从理论上预测存在的单一磁性双分子以及双分子晶体，并比较涌现电动力学的双分子与他们的skyrmion类似物。我们表明，双重子晶体可以稳定在阻挫磁铁和分析什么晶体结构可以稳定双重子或双重子晶体通过Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。我们指出，bimeron晶体，在对比skyrmion晶体，允许检测一个纯粹的拓扑霍尔效应。通过微磁模拟，我们表明，双分子可以被用作位的信息在平面内磁化赛道设备，在那里他们允许电流驱动的运动的扭矩方向，离开skyrmions在平面外的磁铁静止。
2019-03-03 cond-mat.mes-hall
Voltage control of skyrmions: creation, annihilation and zero-magnetic field stablization
电压操控skyrmions是一条很有前途的低能量自旋电子器件的途径。在这里，在GdOx/Gd/Co/Pt异质结的skyrmions电压效应的实验观察。结果表明，在一定的磁场作用下，skyrmion态的开和关可以通过电场的作用而被增强和耗尽。此外，零磁场skyrmion状态可以在负偏置电压下使用定义的电压和磁场序列来稳定。这里测量的电压效应发生在几秒的时间尺度上，表明电压控制的磁各向异性的起源，而不是离子效应。通过研究skyrmion成核速率与温度的关系，我们提取了样品中skyrmion成核的能垒。此外，微磁学模拟被用来探讨改变各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用对skyrmion密度的影响。我们的工作演示了通过电压控制skyrmions，显示商业设备所需的功能。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Logic Clocked via Voltage Controlled Magnetic Anisotropy
磁skyrmions是令人兴奋的候选人节能计算由于其非挥发性，可检测性和流动性。最近的一个建议，在可逆计算的范例，使大规模的电路组成的直接级联skyrmion逻辑门，但它是有限的制造困难和能源成本与skyrmion同步使用的缺口。为了克服这些挑战，因此，我们提出了一个skyrmion logicsynchronized通过调制的电压控制的磁各向异性（VCMA）。除了通过微磁模拟证明VCMA同步的原理外，我们还量化了电流密度、skyrmion速度和各向异性势垒高度对skyrmion运动的影响。进一步的微磁结果证明了级联逻辑电路的可行性，其中VCMA同步器使时钟和流水线，说明了一个可行的途径，以节能的大规模计算系统的基础上磁skyrmions。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall cs.ET cs.SY
RKKY-like interactions between two magnetic skyrmions
School of Science and Engineering, Chinese University of Hong Kong (Shenzhen)（香港中文大学（深圳）理工学院）；Institute for Advanced Study in Physics, Zhejiang University（浙江大学物理高等研究院）
本研究揭示了Skyrmion之间的RKKY类相互作用，具有各向异性与周期性振荡特性，为Skyrmion超结构设计提供了新原理。
2026-01-25 cond-mat.mes-hall
Cooperative Charge Pumping and Enhanced Skyrmion Mobility
利用多体问题的统计物理方法，通过求解紧束缚模型下薛定谔方程的时间演化，研究了铁磁skyrmions稳态运动产生的电子抽运.结果表明，稳定运动的Skyrmions能够抽运大的电荷流是由于其非平凡的磁拓扑结构，即自旋动力和拓扑霍尔效应的共存.基于绝热散射理论，我们计算了泵浦电流，并证明了它与传导电子对skyrmion的反射系数成比例。最后，我们建议，这样的现象可以利用在赛道设备的上下文中，电子泵增强了集体运动的训练的skyrmions。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport of skyrmions by surface acoustic waves
该研究通过微磁模拟探究表面声波（SAWs）对磁性斯格明子的输运作用，揭示了驻波、行波及正交SAW的不同调控效果，证实SAW可用于斯格明子的二维定位及多通道多斯格明子输运，为磁存储与逻辑器件研发提供新途径。
2024-05-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Voltage Controlled Energy Efficient Domain Wall Synapses with Stochastic Distribution of Quantized Weights in the Presence of Thermal Noise and Edge Roughness
我们提出了对压电衬底上垂直磁化纳米级赛道中的畴壁（DW）进行节能应变控制，可以实现用于神经形态计算平台的多态突触。结合从SOT到在重金属层中流动的电流，通过在压电体两端施加电压来产生应变。这样的应变被机械地传递到跑道并调节周向磁各向异性（PMA）。当施加不同的电压（即，生成不同的应变）时，它可以针对实现不同突触权重的相同电流将DW转换为不同的距离。我们已经表明，使用微磁模拟，5状态和3状态的突触可以实现在一个赛道，自然的边缘粗糙度和室温热噪声建模。这种应变控制的突触具有几个fJ的能量消耗，因此对于实现节能的量化神经网络非常有吸引力，最近已经表明，其实现了与全精度神经网络几乎等同的分类精度。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Hall effect and shape deformation of current-driven bilayer skyrmions in synthetic antiferromagnets
本文通过拉格朗日形式与微磁学模拟，揭示了合成反铁磁体中电流驱动双层斯格明子的霍尔效应与椭圆变形规律，并给出基于反铁磁交换矩的直观解释，为斯格明子赛道存储器等应用提供理论依据。
2025-07-21 cond-mat.mes-hall
Controllable transport of a skyrmion in a ferromagnetic narrow channel with voltage-controlled magnetic anisotropy
磁Skyrmions在下一代超低能耗自旋电子学器件中具有潜在的应用。在这项工作中，电流驱动的skyrmion运动在一个窄的铁磁纳米轨道电压控制的磁各向异性（VCMA）的数值研究。通过利用VCMA效应，skyrmion的传输可以在纳米轨道中是单向的，导致单向信息通道。Skyrmion的轨迹也可以通过周期性定位的VCMA门来调制，该VCMA门保护Skyrmion不因接触轨道边缘而被破坏。此外，在VCMA效应存在的情况下，通过调节驱动脉冲长度可以控制Skyrmion的位置。我们的结果为基于skyrmion的信息通道、二极管和赛道存储器的实际实现提供了指导方针。
2017-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-sensitive voltage-controlled skyrmion-based spintronic diode
本文提出一种基于单个斯格明子的无源自旋电子二极管，利用VCMA和VDMI驱动，灵敏度超过10 kV/W，比均匀铁磁态二极管高一个数量级，并证明小半径斯格明子可进一步提升灵敏度，为超灵敏低功耗微波探测器设计奠定基础。
2023-05-25 cond-mat.mes-hall
Current-induced motion of twisted skyrmions
扭曲skyrmions的螺旋角不同于Bloch skyrmions和Néel skyrmions的螺旋角，最近已经在实验中得到证实。在这项工作中，我们首先比较了扭曲skyrmion与其他三种类型的skyrmion，包括Bloch skyrmion，Néel skyrmion和antiskyrmion的磁结构和起源。接下来，我们利用微磁学模拟研究了自旋转移矩（STT）和自旋霍尔效应（SHE）驱动下的扭曲skyrmions的动力学行为。结果表明，无论是STT还是SHE诱导的运动，扭转Skyrmion的自旋Hall角都与耗散力张量和Gilbert阻尼有关，特别是SHE诱导的运动，Skyrmion的自旋Hall角主要取决于Skyrmion的螺旋度.最后，我们证明了扭转skyrmion的轨迹可以在具有Gilbert阻尼梯度的二维平面内控制。我们的研究结果提供了对电流诱导的扭曲skyrmion运动的理解，这可能有助于基于skyrmion的赛道存储器的应用。
2019-03-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Current-Driven Dynamics of Skyrmions Stabilized in MnSi Nanowires Revealed by Topological Hall Effect
Skyrmions是一种新型拓扑稳定的自旋涡旋，由于其纳米级结构域可以实现高信息存储密度，并且其电流驱动运动的低阈值可以实现超低能耗，因此为下一代磁存储带来了希望。一维（1D）纳米线是理想的主机skyrmions，因为它们不仅作为一个天然的平台，磁赛道存储设备，但也可以潜在地稳定skyrmions。本文利用拓扑霍尔效应（THE）研究了MnSi纳米线中Skyrmion的相稳定性和电流驱动动力学。在扩展的磁场-温度窗口（15至30 K）中观察到THE，表明与体相（27至29.5 K）相比，纳米线中的skyrmion相稳定。此外，我们第一次研究了在这个扩展的skyrmion相区的skyrmion动力学，发现在高电流密度的$10^{8}-10^{9} Am^{-2}$纳米线的几何形状，随着电流密度的增加，THE降低，这表明电流驱动的skyrmion运动产生的新兴电场。这些结果开辟了探索纳米线作为一个有吸引力的平台，研究skyrmion物理在1D系统和利用skyrmion磁存储概念。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall
Channeling Skyrmions: suppressing the skyrmion Hall effect in ferrimagnetic nanostripes
本研究针对斯格明子霍尔效应的应用难题，通过模拟阐释亚铁磁斯格明子运动本质，提出带自旋极化电流方案的磁性通道纳米器件，可无副效应地控制斯格明子运动通道，还能通过调电流改变其横向位置。
2024-05-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage controlled core reversal of fixed magnetic skyrmions without a magnetic field
使用微磁学模拟，我们证明了核心反转的一个固定的磁skyrmion调制的垂直磁各向异性的纳米磁体与电场。通过垂直磁各向异性的顺序增加和减少，我们可以在两个Skyrmion态和两个铁磁态之间可逆地切换，即具有指向下/上的核心磁化和指向上/下的外围磁化的Skyrmion态和具有指向上/下的磁化的铁磁态。这些状态之间的切换被解释为对应于这些稳定状态中的每一个的自旋织构最小化磁各向异性、退磁、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）和交换能的总和的事实。这可能导致在不使用磁场并且不使用电流移动skyrmions的情况下利用固定skyrmions实现的节能纳米磁性存储器和逻辑器件的可能性。
2016-03-02 cond-mat.mes-hall
Current-driven dynamics and ratchet effect of skyrmion bubbles in a ferrimagnetic insulator
磁skyrmions是一种紧凑的手性自旋织构，具有丰富的拓扑现象，并具有开发高密度存储器件和由自旋电流驱动的新型计算方案的潜力。在这里，我们展示了室温下的界面稳定性和电流驱动的控制skyrmion气泡的亚铁磁绝缘体Tm 3Fe 5 O 12（TmIG）耦合到Pt。我们跟踪电流引起的运动的个别skyrmion气泡。晶体的亚铁磁有序性以及自旋-轨道矩和钉扎的相互作用决定了TmIG中的skyrmion动力学，并导致以负偏转角和跳跃运动为特征的强skyrmion霍尔效应。此外，我们表明，速度和脱钉阈值的skyrmion气泡可以修改交换耦合TmIG的面内磁化Y3 Fe 5 O 12层，扭曲的自旋纹理的skyrmion，并导致其动态方向相关的整流。这种效应相当于一个磁性棘轮，被用来控制一个类似跑道的装置中的skyrmion流。
2023-01-19 cond-mat.mes-hall
Photonic orbital angular momentum transfer and magnetic skyrmion rotation
磁性Skyrmion是一种手性准粒子，由于其拓扑稳定性，小尺寸（通常为$\sim3-500$ nm）和超低阈值力来驱动其运动，因此有望用于未来的自旋电子应用，如Skyrmion赛道存储器和逻辑器件。另一方面，光以光学涡旋的形式携带和传递轨道角动量（OAM）的能力吸引了很多兴趣。在这项工作中，我们预测的光子OAM传输效果，通过研究磁skyrmion受到拉盖尔-高斯光学涡旋，这表明围绕光束轴的skyrmion准粒子的旋转运动的动力学。光学涡旋的拓扑荷决定了Skyrmions旋转速度的大小和旋向。在我们的提议中，扭曲的光束充当光学镊子，使我们能够在磁性薄膜中的大规模缺陷上移动skyrmions，以避免被捕获。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilization and application of asymmetric Néel skyrmions in hybrid nanostructures
信息量的不断增加迫使信息存储和处理技术不断改进，设备进一步小型化，效率提高。磁skyrmions，拓扑准粒子，最小的稳定磁纹理具有有趣的性质和潜在的数据存储应用。具有不同磁化方向的元素的混合纳米结构可以为开发基于skyrmion的自旋电子器件和磁振子器件提供额外的优势。我们发现，一个Néel型skyrmion限制在一个纳米点放置在顶部的铁磁条产生一个独特的和引人注目的平台，探索磁化纹理之间的相互耦合。Skyrmion会在条纹上产生印记，这反过来又会不对称地挤压点中的Skyrmion，增加它们的大小和Skyrmion稳定性的范围，同时引入Skyrmion双稳定性。最后，我们提出了一个概念验证技术的无约束运输的skyrmion沿赛道的基础上提出的混合动力系统。我们的研究结果表明，混合结构，是有前途的应用在磁振子和自旋电子学。
2022-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Voltage-Controlled Skyrmionic Interconnect with Multiple Magnetic Information Carriers
自从在室温下在技术相关的系统中观察到磁性Skyrmion以来，它们一直是人们关注的焦点。最近，人们对可以作为磁体中的稳定/亚稳自旋织构存在的附加准粒子（诸如skyrmionium和反skyrmionite（即，双反斯凯尔米恩-斯凯尔米恩对），它们具有不同的拓扑特征。与此同时，下一个挑战和机遇是研究在下一代纳米计算的单个设备中使用多个磁性准粒子作为信息载体。在本文中，我们提出了一种自旋电子互连器件，其中多个序列的信息信号的编码和传输同时由skyrmions，skyrmioniums，和反skyrmionites。所提出的自旋电子互连器件可以通过作为中间寄存器的压控磁各向异性（VCMA）门控同步器进行流水线化。我们从理论上证明，互连吞吐量和传输能量可以有效地调整的VCMA栅极电压和适当的电流脉冲。通过仔细调整器件结构特性，我们的自旋电子互连器件具有与主流CMOS技术中的铜互连相当的能效。这项研究提供了新的见解skyrmionic设备在未来的自旋电子应用的可能性。
2023-02-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Configurable pixelated skyrmions on nanoscale magnetic grids
拓扑自旋纹理可以用作非易失性信息载体。在这里，我们研究的电流感应动力学的一个孤立的磁skyrmion的纳米级的正方形网格钉扎图案所形成的正交缺陷线与减少磁各向异性。正方形网格上的skyrmion可以用网格的量化尺寸像素化。我们证明了在正方形网格上的skyrmion的位置，大小和形状是电配置。Skyrmion中心被量子化到网格上，并且Skyrmion可能显示跳跃运动而不是连续运动。我们发现，由于栅极的钉扎效应，Skyrmion霍尔效应可以被完全抑制。像素化的skyrmion可以用来构建未来的可编程赛道存储器，多态存储器和逻辑计算设备。我们的研究结果将为基于人工钉扎图案的像素化拓扑自旋纹理的数字信息存储和计算奠定基础。
2021-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
