Oscillations of skyrmion clusters in Co/Pt multilayer nanodots
在这项工作中，我们研究了在多层纳米点的skyrmion核心的振荡作为系统中的skyrmion托管的数量的函数。当纳米点中的所有skyrmion具有相同的核心半径时，并且在施加垂直自旋极化电流之后，发生朝向平衡配置的弛豫过程，该平衡配置伴随着skyrmion核心的相干阻尼振荡，其频率取决于存在于纳米点中的skyrmion的数量。此外，我们发现振荡频率与系统的总能量直接相关。
2020-07-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Distinct magnetic field dependence of Néel skyrmion sizes in ultrathin nanodots
研究了具有面外各向异性和界面Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用的圆形磁点中Néel skyrmion的尺寸和稳定性对垂直磁场的依赖关系.我们的研究结果表明，存在两个不同的依赖关系的skyrmion半径上施加的字段和点的大小。在零场稳定的Skyrmion的情况下，它们的半径随着平行于Skyrmion核心施加的场而强烈增加，直到Skyrmion到达亚稳态区域，这种依赖性减缓。更常见的亚稳态skyrmions表现出较弱的增加，它们的大小作为一个功能的领域，直到一些临界场值，这些skyrmions急剧增加的大小表现出滞后行为与共存的小和大半径skyrmions和小的能量障碍之间。第一种情况的特点也是由一个强的依赖性的skyrmion半径上的点直径，而在第二种情况下，这种依赖性是非常弱的。
2017-12-18 cond-mat.mes-hall
Stability of Neel skyrmions in ultra-thin nanodots considering Dzyaloshinskii-Moriya and dipolar interactions
考虑交换、单轴各向异性、Dzyaloshinskiii-Moriya和偶极贡献，得到了超薄纳米点中Néel skyrmions能量的解析表达式。特别地，我们已经为Néel skyrmion提出了垂直于点的磁化分量的一般解析式，由$m_z(r) = [1-(r/R_s)^n]/[1 + (r/R_s)^n]$给出，其中$R_s$是skyrmion的半径，$n$是整数和偶数。作为概念的证明，我们计算了超薄Co/Pt点中Néel skyrmion的能量，我们发现偶极的贡献不能忽略，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和各向异性对稳定skyrmion起着重要作用。此外，我们已经得到了很好的协议之间的分析计算和以前发表的微磁模拟$n = 10$。对于这个可靠的$n$值，我们已经得到，对于一个Dzyaloshinski Moriya常数$D = 5.5 \, (mJ/m^2)$，有可能在$0.4 \, (MJ/m^3)< K_u <1.3 \, (MJ/m^3)$的范围内稳定$K_u$的Néel skyrmion，而对于$K_u = 0.8 \, (MJ/m^3)$，skyrmion稳定$5.0 \, (mJ/m^2) < D <6.0 \, (mJ/m^2) $。因此，该解析方程可广泛用于预测自旋电子器件中Néel skyrmion的稳定范围。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall
Finsler Geometry Modeling and Monte Carlo Study on Geometrically Confined Skyrmions in Nanodots
使用Finsler几何建模（FG）技术没有自发磁各向异性，我们数值研究的稳定性和形态的几何限制skyrmions实验观察到的纳米点。我们发现了一个约束效应，稳定skyrmions为一个低的外部磁场，没有机械应力，通过减少直径的圆柱形晶格和应变效应，导致天空和漩涡出现下的零磁场。此外，获得的MC数据的形态变化也与报道的实验数据相一致。
2023-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Skyrmion Based Spin-Torque Nano-Oscillator
利用微磁学模拟方法，研究了铁磁圆形纳米点中磁性skyrmion在圆形纳米柱参考层产生的自旋力矩驱动下的自激振荡.我们证明，通过降低单轴各向异性常数（$K_u$）的值，skyrmion的速度可以增加，利用这一性质，skyrmion振子的回转频率可以提高。skyrmion在较高电流密度下的湮灭限制了振荡器的回转频率，而通过修改纳米点边缘处的$K_u$值，我们能够保护skyrmion在较高电流密度下不被湮灭，这又增加了基于skyrmion的振荡器的回转频率。通过对纳米带中Skyrmion运动速度的线性拟合，我们还预测了纳米点中Skyrmion的旋转频率，直观地证明了我们想法的正确性。我们还改变了纳米盘的半径，以观察其对skyrmion的影响。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall
Observation of hedgehog skyrmions in sub-100 nm soft magnetic nanodots
磁skyrmions是一种纳米自旋织构，由于其非平凡的拓扑结构所具有的独特功能，在自旋电子学应用中具有突出的潜力。在非质心对称材料或界面自旋轨道耦合较强的Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya exchange interaction，Dzyaloshinskii-Moriya）薄膜中，具有确定手征的Skyrmions是稳定的。在这项工作中，我们报告在室温下，既不垂直也不垂直磁各向异性的封闭系统中的磁刺猬skyrmions的检测。我们表明，软磁（坡莫合金）纳米点能够主机的非手性刺猬skyrmions，可以进一步稳定的磁场所产生的磁力显微镜探针。分析计算和微磁学模拟证实了在一定尺寸范围内，即使没有外部刺激，坡莫合金纳米点中也存在亚稳态Néel skyrmion。我们的工作意味着存在一个新的自由度来创建和操纵软纳米点中的skyrmions。软磁材料中skyrmion的稳定化为研究skyrmion的磁化动力学提供了可能性，否则由于高磁各向异性材料中高自旋轨道耦合的大阻尼常数而受到限制。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reconfigurable spin-wave platform based on interplay between nanodots and waveguide in hybrid magnonic crystal
提出由纳米点链与坡莫合金波导耦合构成的混合磁子晶体，通过研究单畴态与斯格明子态下的复杂自旋波谱，揭示了其可重构潜力及在磁子学和神经网络中的应用前景。
2024-10-16 cond-mat.mes-hall
Skyrmion confinement in ultrathin film nanostructures in the presence of Dzyaloshinskii-Moriya interaction
我们研究了纳米结构中的微磁配置的修改，由于Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya），出现在界面的Dzyaloshinskiii-Moriya膜。我们表明，这种相互作用导致新的微磁边界条件，弯曲的边缘磁化。我们探讨了几种情况下的薄膜纳米结构，允许分析计算（1D系统，畴壁，摆线和skyrmions），比较与完全数值计算，并表明，这种新型的微磁学可以达到一个很好的物理理解。我们特别关注的skyrmions限制在圆形纳米点，并表明，边缘允许隔离的单个skyrmions的大范围内的的pixel参数。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall
Toward room-temperature nanoscale skyrmions in ultrathin films
打破小尺寸和室温稳定性之间的困境是基于Skyrmion的信息技术的必要前提。在这里，我们证明了通过速率理论和原子自旋哈密顿量，孤立skyrmion的稳定性，可以提高磁相互作用的协调变化，而保持skyrmion的大小不变的铁磁薄膜。我们预测的薄膜系统中，亚10纳米skyrmions的寿命可以达到几年在环境条件下。如此小的Skyrmions的长寿命是由于异常大的Arabius指数前和能量势垒的稳定作用在室温下是微不足道的。一个戏剧性的增加，在指数前实现由于软化的磁振子模式的skyrmion，从而增加了熵的skyrmion相对于过渡态的崩溃。增加skyrmion变形模式的数量应该是实现纳米级室温稳定skyrmion的指导原则。
2020-12-15 cond-mat.mes-hall
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
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
Defect-Correlated Skyrmions and Controllable Generation in Perpendicularly Magnetized CoFeB Ultrathin Films
Skyrmions由于其拓扑自旋结构和迷人的物理特性引起了人们极大的兴趣。Skyrmion相出现在具有Dzyaloshinskiiii-Moriya（DM）相互作用的材料中，在非中心对称材料的界面或体积中。然而，虽然skyrmions实验产生的制造，微观结构，磁化和skyrmions的存在之间的一个关键的内在关系仍然有待建立。在这里，两个系列的CoFeB薄膜与控制原子尺度的结构来揭示这种关系。通过反转的生长顺序，可以人为地调整的缺陷的量，和skyrmions被证明是优先形成在缺陷部位。利用一级反转曲线可以有效地控制返回磁化环中Skyrmions的稳定区和密度，达到各种亚稳态。这些发现建立了从样品制备到skyrmion生成的一般和内在关系，提供了一种通用的方法来控制skyrmion密度。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall
Isolated zero field sub-10 nm skyrmions in ultrathin Co films
由于其特殊的拓扑和动力学性质，磁skyrmions -局域稳定的自旋结构在纳米尺度上-显示出巨大的前景，为未来的自旋电子学应用。为了在技术上具有竞争力，需要在零磁场和室温下稳定的直径小于10 nm的孤立skyrmions。尽管在广泛的材料中发现了skyrmions，但对具有这些设想性质的材料的探索仍在进行中。本文报道了在Ir（111）表面Rh/Co原子双层膜中，直径小于5 nm的零场孤立Skyrmions与1 nm薄畴壁共存。这些自旋结构的特征在于自旋极化扫描隧道显微镜，也可以使用非自旋极化尖端由于一个大的非共线磁阻检测。我们表明，在这些铁磁Co膜在零场下，由于交换相互作用的强烈挫折，连同Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和大的磁晶各向异性，亚10 nm skyrmions是稳定的。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall
Built-in Homojunction Dominated Intrinsically Rectifying-Resistive Switching in NiO Nanodots for Selection Device-Free Memory Application
本征整流电阻开关（IR-RS）被认为是解决串扰问题的有效方法，这是由于在导通状态下在金属/氧化物界面处形成肖特基二极管以抑制反向偏置时的寄生电流。在这封信中，我们首次报告了另一种类型的IR-RS，这是有关的内置同质结。IR-RS研究通常限于具有微米级垫型电极的宏观样品，而这项工作是在NiO纳米点上进行的，该NiO纳米点是用双阳极氧化铝模板制造的，并充当真实器件的纳米级模拟物。NiO纳米点具有高的存储密度和高的均匀性，并且在保持率、耐久性、开关比和整流比方面具有良好的IR-RS行为。通过计算最坏情况下的最大交叉阵列大小为3 Mbit，证明了IR-RS用于选择无器件存储器应用的可行性。
2017-01-29 cond-mat.mes-hall
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
Nano-engineering the evolution of skyrmion crystal in synthetic antiferromagnets
Skyrmion晶体的演化包含了Skyrmion的成核、形变和湮灭等临界行为。在这里，我们实现了一个可调的演变的人工skyrmion晶体在纳米结构的合成反铁磁多层膜，这是由垂直的磁性多层膜和纳米图案阵列的磁性纳米点。面外磁化磁滞回线和一阶反转曲线表明，人工skyrmion的成核和湮灭可以通过调节纳米点的直径和间距来控制。此外，当底层厚度增加时，skyrmion的湮灭从演化为铁磁自旋织构转变为反铁磁自旋织构。最重要的是，通过控制skyrmion晶体中湮灭skyrmion的比例，在零磁场下实现了非易失性多态。我们的研究结果表明，人工skyrmion平台的可调性和灵活性，提供了一个很有前途的路线，以实现skyrmion为基础的多态设备，如neuromorphic自旋电子器件。
2021-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
A micromagnetic theory of skyrmion lifetime in ultrathin ferromagnetic films
我们使用的连续微磁框架推导出紧凑的skyrmion寿命公式由于热噪声在铁磁薄膜中具有相对较弱的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。在没有一个鞍点连接的skyrmion解决方案的铁磁状态，我们解释skyrmion崩溃事件作为“捕获的一个微尺度”。这产生了一个明确的Arrhenius崩溃率与势垒高度和前因子作为所有材料参数的函数，以及崩溃的动力学路径。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Asymmetric skyrmion-antiskyrmion production in ultrathin ferromagnetic films
具有受抑交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的超薄铁磁体可以支持拓扑孤子，如skyrmions和反skyrmions，它们是亚稳态的，可以被认为是粒子-反粒子对应物。当自旋轨道力矩被施加时，一个孤立的反克尔米子的运动被驱动超过其沃克极限，可以产生skyrmion-antiskyrmion对。在这里，我们使用原子自旋动力学模拟揭示在这对生成的散射过程。在某些条件下，这些粒子和反粒子的增殖可能会出现增长率和生产不对称性，这取决于手征相互作用的强度和自旋轨道转矩的耗散分量。这些特征在很大程度上是由反克尔米离子之间的散射过程决定的，这些散射过程可以是弹性的，也可以导致束缚态或湮灭。
2020-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films
磁性Skyrmions是一种拓扑非平凡的自旋织构，在纳米尺度的自旋电子器件中作为稳定的信息载体具有很大的应用前景。开发基于Skyrmion的新型存储器和逻辑器件的主要挑战之一是在环境条件下快速和受控地创建磁性Skyrmion。在这里，我们证明了单一的超快（35 fs）激光脉冲诱导产生的skyrmion气泡和skyrmion气泡晶格的铁磁状态在室温下溅射磁性薄膜。随着激光能量密度的增加，skyrmion泡密度逐渐增加，最终达到饱和，形成无序的六方晶格。此外，我们提出的skyrmion气泡晶格配置导致增强的拓扑稳定性相比，孤立的skyrmion，这表明其有前途的数据存储中的使用。我们的发现揭示了在常见材料中skyrmion气泡晶格的光学方法，为新兴的基于skyrmion的记忆和突触设备铺平了道路。
2018-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic skyrmions in confined geometries : effect of the magnetic field and the disorder
我们报告的横向约束和垂直的磁场上孤立的室温磁skyrmions溅射Pt/Co/MgO纳米轨道和纳米点的效果。我们表明，skyrmions的大小可以很容易地调整，通过发挥上的横向尺寸的纳米结构，并通过使用外部磁场振幅的几个mT，这允许达到100 nm以下的直径。我们的XMCD-PEEM观测也突出了钉扎在平面外磁场下对skyrmions尺寸和稳定性的重要作用。微磁模拟表明，通过考虑具有局部各向异性变化的薄膜晶粒结构，可以很好地解释局部钉扎的影响，并很好地再现了skyrmion直径对磁场和几何形状的依赖性。
2017-06-13 cond-mat.mes-hall
Skyrmions with attractive interactions in an ultrathin magnetic film
通过从头计算，我们确定了描述Fe在Pd（111）表面上单层膜和Pt_{1-x} Ir_{x}合金覆盖层的经典自旋哈密顿量的参数.虽然系统的基态对于x=0.00是铁磁的，但是当Ir混合到覆盖层中时，它变成自旋螺旋状态。虽然Dzyaloshinsky-Moriya相互作用存在于系统中，但我们将证明受抑的各向同性交换相互作用在创建自旋螺旋状态中起着重要作用，并且这些受抑的耦合导致短距离Skyrmions之间的吸引力相互作用。使用自旋动力学模拟，我们表明，在这些条件下，个别skyrmions形成集群，这些集群在有限的温度下保持稳定。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Field-tuned spin excitation spectrum of $kπ$-skyrmion
利用基于Landau-Lifshitz-Gilbert方程的微磁学模拟方法，研究了磁性纳米点中$kπ$ skyrmion在$z$ -方向外磁场作用下的自旋波激发模式.我们发现在一定的临界外场作用下，$kπ$ skyrmion会发生向其它类skyrmion结构的跃迁，并模拟了在施加磁场的过程中各个态的自旋波谱。对于Skyrmion，在临界磁场下，激发模式的频率先增加后减小，低频模式分裂。除了已知的两个面内旋转模式和Skyrmion的面外呼吸模式外，随着$k$（$k=2, 3$）的增加，发现了更多的激发模式。激励模式作为磁场的函数而变化，并且不同模式的激励频率根据磁场引起的磁化分布的变化而呈现快速或轻微的变化。我们的研究表明$kπ$ skyrmion具有丰富的自旋波激发，为磁振子应用的理论和实验研究提供了可能。
2019-03-10 cond-mat.mes-hall
Room temperature skyrmions at zero field in exchange-biased ultrathin films
我们证明了在室温和零外部磁场下，在交换偏置的Pt/Co/NiFe/IrMn多层膜中，平均直径约为60 nm的磁skyrmions可以稳定存在.这是通过对多层堆叠组合物的先进优化来实现的，以便平衡控制skyrmion尺寸和稳定性的不同磁能。磁成像是用磁力显微镜和扫描氮空位磁力测定法进行的，后者在零外部磁场下提供明确的测量。在这样的样品中，我们表明，交换偏置提供了一个免疫力的skyrmion自旋纹理适度的外部磁场，在几十mT的范围内，这是一个重要的功能，作为存储设备的应用程序。这些结果建立交换偏置多层堆叠作为一个有前途的平台，有效地实现基于磁skyrmions的存储器和逻辑器件。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Field-Dependent Size and Shape of Single Magnetic Skyrmions
利用自旋极化扫描隧道显微镜在实空间中研究了薄膜中单个孤立Skyrmion的原子尺度自旋结构。它们的轴对称性以及它们独特的旋转方向是通过使用面外和面内敏感尖端来揭示的。skyrmions的大小和形状随着磁场的变化而变化。一个解析表达式的描述Skyrmions的建议和应用连接的实验数据，描述手征Skyrmions的原始理论模型。由此，可以获得负责Skyrmion形成的相关材料参数。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall
A quantitative description of skyrmions in ultrathin ferromagnetic films and rigidity of degree $\pm1$ harmonic maps from $\mathbb{R}^2$ to $\mathbb{S}^2$
我们的特点skyrmions在铁磁薄膜的局部极小值的减少微磁能适合准二维材料的垂直磁各向异性和界面Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。最小化是在一个合适的类的二维磁化配置，防止能量去负无穷大，而不施加任何限制的空间尺度上的配置。我们首先证明了存在的极小值的明确范围内的模型参数时，能量占主导地位的交换能。然后，我们调查的共形极限，其中只有交换能量的生存和确定的渐近配置文件的skyrmions作为度1调和映射从平面到球体，连同它们的半径，角度和能量。我们的分析的副产品是一个定量的刚性结果度$\pm 1$调和映射从二维球本身。
2020-09-04 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
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
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
A skyrmion-based spin-torque nano-oscillator
提出了一种基于磁skyrmion自持振荡的自旋矩纳米振荡器模型。该系统涉及圆形纳米柱几何形状，其包括具有强Dzyaloshinkii-Moriya相互作用的无磁膜磁性层和具有涡旋状自旋配置的偏振器层。它示出，由于电流垂直于膜平面的自旋转移扭矩导致skyrmion回转，所产生的几何限制之间的竞争，由于边界边缘和涡旋状极化的自旋扭矩。这种振荡的现象学的开发和定量分析使用微磁学模拟。它还表明，弱无序由于随机各向异性变化不影响的主要特征的稳态回转。
2016-01-30 cond-mat.mes-hall
Sub-100 nm Skyrmions at Zero Magnetic Field in Ir/Fe/Co/Pt Nanostructures
磁性Skyrmions是最近在室温（RT）下在多层薄膜中观察到的手性自旋结构。它们的拓扑稳定性应该能够在有限的几何形状中实现高度可扩展性-这是器件应用的一个热门属性。虽然已经有无数的理论预测关于100纳米以下的skyrmions局限在点的现象，在实践中，它们的形成在没有外部磁场和限制的演变仍然有待建立。在这里，我们证明了在宽范围的磁性和几何参数下，在零场（ZF）下Ir/Fe（x）/Co（y）/Pt纳米点中的亚100 nm RT skyrmions的约束诱导稳定性。ZF skyrmion尺寸可以小至~50 nm，并且随着点尺寸和磁性参数变化4倍。至关重要的是，具有不同热力学稳定性的skyrmions表现出明显不同的限制现象。这些结果建立了一个全面的基础skyrmion现象在纳米结构，并提供直接的方向，利用其性能在纳米器件。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dzyaloshinskii-Moriya interaction induced by an ultrashort electromagnetic pulse: Application to coherent (anti)ferromagnetic skyrmion nucleation
我们展示了如何Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用可以产生在一个金属薄膜从感应的内部电场产生的超短电磁脉冲。这种相互作用不需要结构反转对称性破缺，并且其幅度可以根据场的幅度进行调节。我们进行第一性原理计算来估计铁磁Fe，Co和Ni，反铁磁Mn，以及FePt合金的场致磁电耦合的强度。最后，利用原子模拟，我们演示了如何孤立的反铁磁skyrmion可以相干成核从共线背景的超短脉冲在电场上的100-fs的时间尺度。
2020-11-24 cond-mat.mes-hall
Fractional Skyrmion Tubes in Chiral-Interfaced Three-Dimensional Magnetic Nanowires
该研究通过3D打印双螺旋纳米线，在室温零磁场下实现分数布洛赫斯格明子管，并展示其磁重构能力，为拓扑自旋电子学提供新途径。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Mass and generalized Thiele equation of the magnetic skyrmion
本文给出了孤立磁Skyrmion质量的解析表达式及其线性化的运动方程。在界面-Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用稳定的磁性薄膜中，磁性Skyrmion被看作是一个拓扑保护的自旋波孤子。从Landau-Lifshitz-Gilbert方程推导出Skyrmion电荷和磁化中心的运动方程。它们是广义Thiele方程，包括陀螺项、耗散项、外力、加速度项和张量质量，以及外力的时间导数。Skyrmion电荷中心的运动方程本质上表明了Skyrmion的无质量性质。相反，磁化中心的运动方程导致有限质量，其与线性畴壁的Doring质量密度处于相同的量级。此外，外力的时间导数主要有助于skyrmion运动的即时响应，即，即使在Skyrmion获得其动力学质量之后，质量为零的性质仍然存在。基于LLG方程的微磁学模拟进行了各种磁性参数。在0 K得到的轨迹进行比较与理论预测。
2022-12-02 cond-mat.mes-hall
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
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
Thermal motion of skyrmion arrays in granular films
磁skyrmions是拓扑不同的磁矩漩涡，显示粒子般的行为，包括进行热驱动扩散的能力。在本文中，我们研究了热激活运动的skyrmions阵列使用温度相关的微磁学模拟的skyrmions自发形成。特别是，我们研究的skyrmions与晶界，这是一个典型的功能，用于实验设备中的溅射镀膜的相互作用。我们发现，相互作用导致两个不同的制度。对于较长的滞后时间的晶粒导致的扩散系数，这是最强的颗粒尺寸类似的skyrmion直径的减少。在较短的滞后时间，晶粒的存在下，增强了有效的扩散系数，由于其与晶界的相互作用引起的skyrmions的回旋运动。对于晶粒尺寸显着大于skyrmion的直径聚集的skyrmion发生在晶粒具有较低的磁各向异性。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced nucleation and dynamics of skyrmions in a Co-based Heusler alloy
我们证明了室温稳定的偶极磁性skyrmions的直径范围内的$100$ nm的一个单一的赫斯勒合金层的Co $_2$ FeAl（CFA）在中等磁场。利用扫描氮空位磁强计在光致发光猝灭模式下研究了电流感生的微丝Skyrmion动力学。我们首先证明skyrmion成核的自旋轨道扭矩，并表明其效率可以显着提高使用倾斜的磁场，效果是不是特定的Heusler合金，并可能有利于未来的skyrmion为基础的设备。然后，我们表明，电流诱导的skyrmion运动仍然受到强钉扎效应的限制，即使CFA是一种磁性材料，具有低磁阻尼参数。
2018-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Eigenmodes of magnetic skyrmion lattices
本研究通过改变斯格明子晶格的稳定机制，探索拓扑与本征模的关联，发现六角晶格本征模源于内部自由度，而4-自旋主导的方形晶格不产生斯格明子解，表明非平凡拓扑不必然导致斯格明子存在。
2023-05-10 cond-mat.mes-hall
Nanoscale control of perpendicular magnetic anisotropy, interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction and skyrmions in the inversion-symmetry-broken Ru/Co/W/Ru films
铁磁体（FM）和重金属（HM）之间的界面上产生的自旋-轨道效应的增强是可能的，通过在层状膜中的结构反转对称性的强破缺。在这里，我们表明，在Ru/Co/Ru膜中的Co和Ru之间的C3 N4 W中间层的引入能够保持垂直磁各向异性（PMA），同时诱导大的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iiiT）。我们发现，Ru/Co/W/Ru薄膜的PMA高达0.35 nm的标称厚度的W（tW）。利用布里渊光散射（BLS）技术研究了Damon-Eshbach几何中自旋波的传播，发现随着tW的增加，自旋波的强度值急剧增加。当tW= 0.24nm时，最大吸收峰为-3.1erg/cm ~ 2，是准对称Ru/Co/Ru薄膜的10倍。在对称的HM/FM/HM三层体系中，通过界面工程化的纳米级反转不对称性同时控制PMA和iPhase强度的能力激发了对手性铁磁体的新的基本和实际兴趣，手性铁磁体是磁skyrmions的潜在宿主。
2017-09-05 cond-mat.mes-hall
Antiskyrmions stabilized at interfaces by anisotropic Dzyaloshinskii-Moriya interaction
手征磁体是一类新兴的拓扑物质，具有局部化和拓扑保护的涡旋状磁性纹理，称为skyrmions，目前正受到严格审查，作为信息存储和处理的新实体。在这里，在微磁学的水平上，我们严格地表明，手征磁铁不仅主机skyrmions，但也antiskyrmions作为最低能量配置在所有非平凡的同伦类。我们推导出实用的标准，它们的发生和共存的skyrmions，可以满足（110）取向的界面依赖于电子结构。通过密度泛函计算将电子结构与原子自旋晶格模型联系起来，并应用自旋弛豫方法在介观尺度上最小化能量，我们提出了一个在W（110）衬底上生长的双层Fe作为一个实际例子。我们推测，半导体或重金属衬底上生长的磁性薄膜与$C_{2v}$对称性的原型类的材料托管磁性反回旋子。
2017-05-01 cond-mat.mes-hall
Manipulation and trapping of magnetic skyrmions with domain walls in chiral magnetic thin films
本文研究利用Co/Pt超薄膜等手性磁性材料中的手性畴壁操控和捕获磁性斯格明子准粒子，通过定向斯格明子实现排斥存储、吸收形成不同拓扑结构，改变畴壁相位可擦除或存储斯格明子，为自旋电子学纳米器件提供新工具。
2024-07-09 cond-mat.mes-hall hep-th
Creation of nano-skyrmion lattice in Fe/Ir(111) system using voltage pulse
本研究利用自旋极化扫描隧道显微镜发现，在Fe/Ir(111)体系中施加电压脉冲可触发非斯格明子向纳米斯格明子相变，证明外部电场能调控磁性相互作用平衡，为设计低能耗斯格明子自旋电子器件提供了依据。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control and manipulation of a magnetic skyrmionium in nanostructures
磁skyrmionium是一种非拓扑孤子，在薄膜中具有甜甜圈状的离面自旋织构，可以唯象地看作是两个拓扑数相反的拓扑磁skyrmionium的联合.由于其零拓扑数（$Q=0$）和甜甜圈状结构，Skyrmionium与具有$Q=\pm 1$的Skyrmion相比具有独特的特征。本文系统地研究了在磁场和自旋极化电流作用下，Skyrmionium在双磁性纳米结构中的产生、操纵和运动。研究发现，在面外电流的驱动下，Skyrmionium的运动速度比Skyrmion快，且二者的速度差与驱动力成正比。然而，skyrmion和skyrmion表现出相同的电流速度关系时，它们被驱动的面内电流。它也被发现，一个移动的skyrmionum是较少的变形在电流平面几何形状相比，skyrmionum在电流垂直于平面的几何形状。此外，我们证明了在自旋极化电流驱动下，一个带有$Q=0$的Skyrmionium在纳米轨道中转化为两个带有$Q=+1$的Skyrmion，这可以看作是Skyrmionium的解压缩过程。我们描述了Skyrmionium在解压缩过程中的能量和自旋结构的变化，发现自旋结构和能量之间存在线性关系，这些结果可能在Skyrmionics的新兴领域中具有技术意义。
2016-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion fractionalization and merons in chiral magnets with easy-plane anisotropy
本文研究了具有易平面各向异性$A$的手征磁体的平衡相图。由外部磁场稳定的巨大三角形skyrmion晶格相作为增加$A$的函数连续地演变成最近邻skyrmion开始彼此重叠的状态。这种重叠导致Skyrmion数从其量化值$Q=1$连续减少，并且在最近邻Skyrmion形成的三角形的中心出现反涡旋。反涡也带有一个小的“斯基尔米恩数”$Q_A \ll 1$，它随着$A$的增加而增加。在临界值$A$处，系统发生一级相变，转变为正方形涡旋-反涡旋晶格。最后，对于足够大的各向异性$A$，倾斜铁磁态通过另一个一级跃迁变得稳定。有趣的是，这种一级跃迁伴随着{ \it亚稳}的介子解。
2015-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Existence of higher degree minimizers in the magnetic skyrmion problem
Università di Pisa（比萨大学）；Universität Münster（明斯特大学）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文研究了在描述超薄铁磁薄膜中磁化方向的变分模型中，给定正度的有界域到S²的非平凡能量最小映射的存在性，通过在适当位置插入截断的Belavin-Polyakov型结构，确保总能量增加低于预期的Dirichlet能量贡献，从而排除了最小化序列中度数的损失。
2025-08-24 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
Electric field control of moiré skyrmion phases in twisted multiferroic NiI$_2$ bilayers
本文以扭曲多铁性NiI₂双层膜为研究对象，通过建立包含均匀螺旋相、kπ-斯格明子晶格等的相图，揭示其电可调拓扑莫尔磁性，利用磁电耦合实现电场调控斯格明子相，为斯格明子电子学提供可调平台。
2024-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic skyrmions under confinement
本文用变分与 Γ 收敛分析超薄铁磁薄膜中的受限斯格明子，证明 DMI 趋零时存在点状集中的拓扑非平凡极小元，并以重整化能量确定其半径、位置及边界排斥稳定性。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
Tailoring Ultrathin Magnetic Multilayers at Terraced Topologically Insulating Interfaces for Perpendicularly Magnetized Domains
University of Leeds（利兹大学）；ISIS Neutron and Muon Source, STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC卢瑟福阿普尔顿实验室中子与μ子源）；Diamond Light Source（钻石光源）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文通过优化Bi$_2$Se$_3$/缓冲层/[Pt/CoB/Ru]$_{\times N}$异质结构，实现垂直磁各向异性的均匀性，利用X射线和极化中子反射测量及扫描透射电镜进行表征，发现缓冲层需超过临界厚度以获得稳定的垂直磁化域。
2026-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of perpendicular magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction in thin ferromagnetic films by atomic-scale modulation of interfaces
为了稳定非平凡的自旋纹理，例如，由于重金属磁性薄膜中的Skyrmions或手性畴壁，堆叠的重金属层的强自旋轨道耦合（SOC）必须引起额外的自由度，例如界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（IDMI）。然而，先进的方法，同时控制IDMI和垂直磁各向异性（PMA）需要未来的自旋轨道电子器件的实现。在这里，我们显示了原子尺度的表面调制的磁性能和IDMI的影响，在由5d重金属/铁磁体/4d（5d）重金属或氧化物界面，如Pt/CoFeSiB/Ru，Pt/CoFeSiB/Ta，和Pt/CoFeSiB/MgO组成的超导薄膜。最大IDMI值对应于铁磁层的底部和顶部界面的相关粗糙度。所提出的方法显着提高PMA和IDMI通过在原子尺度上的界面粗糙度工程提供了一个强大的工具，其功能的精确和可靠的可控性的自旋轨道电子器件的发展。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extended saddle points govern long-lived antiskyrmions
Université de Toulouse, CNRS, CEMES（图卢兹大学，法国国家科学研究中心，材料化学与物理中心）；Institute of Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel（基尔大学理论物理与天体物理研究所）；Kiel Nano, Surface, and Interface Science (KiNSIS), University of Kiel（基尔大学基尔纳米、表面与界面科学（KiNSIS））
本文通过非对称Dzyaloshinskii-Moriya相互作用实现扩展鞍点，使反拓扑子寿命与温度无关，揭示了通过转态几何而非能垒高度增强稳定性的新机制。
2026-03-19 cond-mat.mes-hall
A Robust High-temperature Multiferroic Device with Tunable Topological Hall Effect
通过将Pt/La0.5Ba0.5MnO3超薄膜与PbZr0.2Ti0.8O3铁电体集成，实现了由电压脉冲控制磁性Skyrmions产生与湮灭的可调拓扑霍尔效应，并揭示了由晶胞四方畸变引起的C型反铁磁-铁磁相变机制。
2023-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reduced energies for thin ferromagnetic films with perpendicular anisotropy
本文通过$Γ$-收敛渐近分析，从微观模型出发推导出四个描述具有垂直各向异性和界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的超薄铁磁薄膜的约化二维模型，揭示边缘杂散场效应的层次结构，并证明边缘磁化钉扎可恢复拓扑保护，使有界样品中存在磁斯格明子。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
