Tunable room temperature magnetic skyrmions in centrosymmetric kagome magnet Mn$_4$Ga$_2$Sn
基于skyrmion的自旋电子器件的成功实现取决于skyrmion宿主材料中潜在的磁相互作用的容易操纵。虽然非中心对称磁体中Skyrmion的形成机制已被全面确立，但中心对称磁体中不同类Skyrmion磁性织构的稳定化过程仍需进一步研究。在这里，我们利用洛仑兹透射电子显微镜研究报告的可调skyrmion晶格的中心对称的可果梅铁磁体Mn $_4$ Ga $_2$ Sn的发现到室温。我们证明了拓扑skyrmions和非拓扑II型磁泡之间的受控切换可以实现在最佳磁各向异性。我们发现，拓扑skyrmions是能量最稳定的磁性物体中的中心对称的六边形磁铁，而在平面内的磁场的应用稳定的II型磁泡作为一个激发态。目前的研究是一个重要的一步，了解skyrmion稳定机制，在中心对称材料的未来应用。
2022-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring magnetic energies to form dipole skyrmions and skyrmion lattices
有趣的物理和潜在的存储技术，从拓扑保护自旋纹理，如skyrmions，促使努力发现新材料系统，可以主机这些类型的磁结构。在这里，我们使用非晶Fe/Gd多层膜的高度可调的磁性来探索导致偶极稳定的skyrmion和skyrmion晶格形成的偶极场和交换能量的竞争的磁性。利用实空间成像和倒易空间散射技术，我们确定了skyrmions形成的材料性质和磁场的范围。微磁建模与我们对小skyrmion特征（~50至70 nm）的观察非常吻合，并表明这类skyrmion具有丰富的磁畴结构，在膜的中心是Bloch样的，在每个表面更像Néel。我们的研究结果提供了一个途径，工程的形成和可控性的偶极skyrmion相位在薄膜的几何形状在不同的温度和磁场。
2016-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous magnetic skyrmions in single-layer CrInX3(X=Te, Se)
在纳米结构中实现磁性skyrmion在基础研究和器件应用方面都有很大的希望。尽管最近的进展，在二维晶格内的内禀磁性skyrmion探索仍然很少。本文采用第一性原理计算和蒙特卡罗模拟，对单层CrInX 3（X = Te，Se）中的自发磁skyrmions进行了研究.由于反转对称性破缺和强自旋轨道耦合的共同作用，两个体系都存在固有的大的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，从而在无磁场的情况下产生了有趣的Neel型skyrmions.通过进一步施加适度的磁场，可以获得在较宽温度范围内稳定的skyrmion相。特别是对于单层CrInTe 3，skyrmion的尺寸为亚10 nm，并且skyrmion相可以在180 K的高温下保持。绘制了它们的自旋拓扑织构随磁参数D、J和K变化的相图。我们的结果极大地丰富了二维Skyrmionics物理的研究。
2022-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion ground state and gyration of skyrmions in magnetic nanodisks without the Dzyaloshinsky-Moriya interaction
我们通过微磁学模拟发现，在没有Dzyaloshinsky-Moriya相互作用（Dzyaloshinsky-Moriya）的情况下，Co/Ru/Co纳米盘中可以存在自发Skyrmion基态，并且在+z方向的磁场中，该基态甚至在0.44 T的磁场下都能保持稳定.由拓扑密度矩定义的Skyrmion的导引中心（$R_x$，$R_y$）在脉冲磁场中呈现出一种不同于涡旋或气泡的星形轨迹，而在磁场关闭后呈现出一种六边形轨迹的新的回旋运动.其中一个耦合的skyrmion可以在没有外部磁场的情况下移动，但只能由另一个的运动引起，这是由于强的层间静磁相互作用。这项工作揭示了如何在具有竞争能量的各种（不限于磁性）系统中发现新颖的skyrmion，并有助于理解skyrmion的动力学性质。
2013-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic skyrmion binning
当自旋极化的电子流过磁性结构时，就会产生转移力矩。我们研究这种扭矩的影响Skyrmion和Skyrmion袋，任意整数拓扑度的Skyrmion结构，在薄铁磁薄膜。使用微磁模拟和分析，从著名的蒂勒方程，我们探讨了潜在的排序或分级skyrmions不同程度的机械。我们调查的适用性的Thiele方程的问题，这种性质，并推导出一个理论的skyrmion偏转有序的拓扑度。
2021-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion formation in nanodiscs using magnetic force microscopy tip
在这篇手稿中，我们证明了skyrmion形成的纳米点使用磁力显微镜尖端。亚微米尺寸的点的基础上托管界面Dzyaloshiskii-Morya相互作用的Pt/Co/Au多层膜在实验中使用。我们已经发现，由磁性尖端产生的尖端场显着影响纳米点的磁化状态，并导致skyrmions的形成。微磁学模拟解释了在磁力显微镜扫描过程中磁态的演变，并证实了skyrmion形成的可能性。在这个过程中的关键转变是马蹄形磁畴的形成。我们发现用磁探针形成skyrmion是一个可靠和重复的过程。我们的研究结果为纳米点中skyrmions的形成提供了一个简单的解决方案。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Observation of room temperature magnetic skyrmions and their current-driven dynamics in ultrathin Co films
磁skyrmions是拓扑保护自旋织构，表现出迷人的物理行为和高能效自旋电子器件应用的巨大潜力。到目前为止，主要的障碍是，skyrmion已被观察到只有少数奇异的材料和在低温下，和操纵个别skyrmion尚未实现。本文报道了用磁透射软X射线显微镜在室温下观察到的过渡金属铁磁体中稳定的磁skyrmion。我们证明了产生稳定的skyrmion晶格和驱动列车的个人skyrmion短电流脉冲沿磁赛道的能力。我们的研究结果提供了实验证据，最近的预测，并打开了大门，在强大的薄膜异质结室温skyrmion自旋电子学。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci
The skyrmion switch: turning magnetic skyrmion bubbles on and off with an electric field
纳米磁性Skyrmions被认为是未来自旋电子学存储和逻辑器件的潜在信息载体。这样的应用将需要控制它们的局部产生和消灭，这涉及到迄今为止要么消耗能量要么难以集成的解决方案。在这里，我们展示了使用电场门控，一个容易集成和潜在的能量有效的解决方案的skyrmion气泡的成核和湮灭的控制。我们提出了一个详细的稳定图的skyrmion气泡在Pt/Co/氧化物三层，并表明，它们的稳定性可以通过施加电场控制。分析气泡模型，与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用嵌入在畴壁能量，占观察到的电skyrmion开关效应。这使我们能够揭开起源的电控制的skyrmion稳定性，并表明，磁偶极相互作用和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用中发挥重要作用的skyrmion气泡稳定。
2017-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Individual skyrmion manipulation by local magnetic field gradients
磁性skyrmions是拓扑保护的自旋纹理，在具有强Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的系统中稳定。一些研究表明，电流可以通过自旋轨道力矩有效地移动skyrmions。虽然有希望的技术应用，电流驱动的skyrmion运动本质上是集体的，并伴随着不希望的加热效应。在这里，我们展示了一种新的方法来控制个人skyrmion的位置精确，这依赖于样品和磁力显微镜（MFM）探针之间的磁相互作用。我们调查垂直磁化的X/CoFeB/MgO多层膜，其中X = W或Pt的磁是足够强的，以允许skyrmion成核在施加的字段。我们表明，这些skyrmions可以单独操作，通过扫描MFM探头产生的局部场梯度，具有前所未有的精度。此外，我们表明，探测杂散场可以帮助skyrmion成核。我们的概念验证结果提供了电流自由的范例，以有效的个人skyrmion控制。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion morphology in ultrathin magnetic films
氮空位磁显微镜是一种非侵入性、高分辨率的工具，可以在淬灭模式下研究磁性薄膜中孤立的Skyrmions的形态。研究发现，局部钉扎效应和磁场历史对skyrmion的尺寸和形状有很大影响。微磁模拟，包括静态无序，基于一个物理模型的晶粒到晶粒的厚度变化，再现所有的实验观察，并揭示了无序和磁历史的关键作用，在稳定的skyrmions在磁性薄膜。这项工作开辟了深入了解真实，无序介质中的skyrmion动力学的道路。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Electrical detection and nucleation of a magnetic skyrmion in a magnetic tunnel junction observed via operando magnetic microscopy
本研究通过operando磁性显微技术，展示了在磁性隧道结中对单个磁性斯格明子的电学检测，以及利用栅极电压控制磁各向异性实现其成核与湮灭，证明了单个器件中的读写操作，为低功耗斯格明子技术奠定里程碑。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Motion Driven by Oscillating Magnetic Field
电流诱导的磁skyrmion运动由于其在下一代磁存储器件中的应用潜力而引起了人们的广泛关注。最近，由振荡磁场驱动的单向skyrmion运动也在具有skyrmion拓扑的大（20微米）气泡畴上被证明。在与高密度存储器件更相关的较小长度尺度上，我们在这里通过数值模拟表明，几十纳米的skyrmion也可以由高频场振荡驱动，但运动方向与倾斜的振荡场方向不同。我们发现，小尺寸Skyrmion的高频场可以激发Skyrmion共振模式，不同模式的组合将导致最终的Skyrmion运动与螺旋轨迹。由于这种螺旋运动取决于场的频率，因此我们可以控制Skyrmion运动的速度和方向，这是与其他方法相比的一个可区分的特性。
2015-04-23 cond-mat.mtrl-sci
From Bubble to Skyrmion: Dynamic Transformation Mediated by a Strong Magnetic Tip
由于RKKY相互作用和单轴磁各向异性之间的竞争，金属铁磁薄膜中的Skyrmion是稳定的。我们模拟的RKKY相互作用的次近邻铁磁和反铁磁交换相互作用。我们证明了解析和数值耗散转化的气泡由一个强大的圆柱形磁尖到一个稳定的Skyrmion。
2003-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmions in antiferromagnets: thermal stability and the effect of external field and impurities
计算了反铁磁体中的skyrmions，并与相应铁磁体中的skyrmions进行了比较。计算了skyrmion的坍缩率和通过径迹边界的逃逸率，以及与非磁性杂质的结合率和坍缩率随外加磁场的变化。在没有外加磁场的情况下，AFM和相应的FM中Skyrmion湮灭的激活能是相同的。然而，在阿克里米乌斯速率定律中的指前因子是不同的，因为两个系统中的skyrmion动力学是不同的。外加磁场对这两种材料中的skyrmions有相反的影响。在原子力显微镜中，随着磁场的增加，skyrmion的坍缩率以及通过磁条边缘的逃逸率略有下降，而当磁场与skyrmion中心的磁化方向反向平行时，相应的FM中的skyrmion的坍缩率和逃逸率都会大幅增加。非磁性杂质不太可能在AFM中捕获Skyrmion，特别是在存在磁场的情况下。这与自旋极化电流在电流的方向上移动AFM中的skyrmions，而在FM中skyrmions以与电流成一角度移动的既定事实一起，证明AFM中的skyrmions具有优于用于存储器和自旋电子器件的FM中的skyrmions的几个有利性质。
2020-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Bloch-type magnetic skyrmions in two-dimensional lattice
本研究通过第一性原理计算和Monte-Carlo模拟，发现单层MnInP2Te6在无磁场下存在受D3对称性保护的Bloch型磁斯格明子，并绘制了其在多物理场下的相图，丰富了二维拓扑磁性研究。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of magnetic skyrmions in continuous Ir/Co/Pt multilayers
我们发现，在室温下，在SiO2/Si衬底上连续的Ir/Co/Pt多层膜中，磁skyrmions可以稳定存在，而无需预先施加电流或磁场。在降低Co厚度的同时，磁各向异性的调整会导致从蠕虫状磁畴图案转变为长且分离的条纹。使用磁力显微镜可以清楚地观察到这两种状态下的skyrmions。在应用面内场过程后，Skyrmions的密度可以显着增加。此外，我们已经研究了在同一个运行中沉积的样品的相图，但使用洛伦兹透射电子显微镜上的SiNx膜。有趣的是，该样品显示出不同的行为作为磁场的函数暗示应变的影响，在薄膜多层的skyrmions的相图。我们的研究结果提供了操纵skyrmion的方法，进一步允许基于skyrmion的设备的优化工程。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Switching intrinsic magnetic skyrmions with controllable magnetic anisotropy in van der Waals multiferroic heterostructures
基于第一性原理研究，提出在二维范德华多铁异质结构CrSeI/In2Te3中通过反转铁电极化调控磁各向异性，实现本征磁性斯格明子与高温铁磁态的切换，为自旋电子学提供节能高效策略。
2024-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermally induced generation and annihilation of magnetic chiral skyrmion bubbles and achiral bubbles in Mn-Ni-Ga Magnets
手性Skyrmion磁泡和非手性磁泡是两种独立的磁畴结构，其中手性磁泡具有与Skyrmion磁泡相同的缠绕数，为进一步的自旋电子学器件提供了很好的信息载体。在这里，在这项工作中，我们的实验研究的产生和湮灭的磁性手性skyrmion气泡和非手性气泡的Mn-Ni-Ga薄板通过使用洛伦兹透射电子显微镜（L-TEM）。通过改变外加磁场的倾斜角度，可以直接控制两个独立的磁畴结构。通过对磁化反转随温度的变化进行成像，我们发现了一种特殊的磁手征skyrmion泡的湮灭模式和一个非线性的缠绕数反转频率。通过使用L-TEM直接确定磁性手性Skyrmion气泡的磁化反转的势垒能，对这种动力学进行定量分析。
2020-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Topological stability versus thermal agitation in a metastable magnetic skyrmion lattice
当热扰动足够低时，拓扑稳定的物质可以具有长的寿命，即使在成本上是昂贵的。磁性Skyrmion晶格（SkL）代表了一种独特形式的长程磁序，它在拓扑上是稳定的，因此可以形成长寿命的亚稳态SkL。然而，在大块晶体中对SkL的实验观察大多局限于有限且狭窄的温度区域，在该温度区域中SkL是热稳定的;因此，拓扑稳定性的益处仍然不清楚。在这里，我们报告了一个亚稳态的SkL通过淬火一个热稳定的SkL。MnSi的霍尔电阻率测量表明，虽然亚稳态SkL在高温下寿命短，但在低温下寿命延长（>> 1周）。热搅动和拓扑稳定性之间的微妙平衡的操纵使得能够通过利用电加热和随后的快速冷却来确定性地创建/湮灭亚稳态SkL，从而建立了一种控制SkL形成的简便方法。
2015-10-03 cond-mat.mtrl-sci
The effect of confinement and defects on the thermal stability of skyrmions
在磁自由度的简谐过渡态理论框架下，研究了磁skyrmions对热涨落和外界扰动的稳定性。估计了受限几何和原子尺度非磁性缺陷对Skyrmion寿命的影响。结果表明，如果skyrmion的尺寸与轨道的宽度相当，则轨道上的skyrmion具有较低的湮灭激活能和较高的成核能量。两种机制的skyrmion湮灭被认为是：内的轨道和逃逸通过边界。对于这两种机制，激活能的依赖性上的轨道宽度进行了计算。非磁性缺陷被发现本地化skyrmions在其附近，并强烈降低激活能的创建和湮灭。这是在协议与实验测量发现成核的skyrmions在存在的自旋极化电流优选发生在结构缺陷附近。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced nucleation and motion of zero field skyrmion
我们研究了在没有外加磁场的情况下，磁性薄膜中Skyrmions的稳定化和电操纵。我们表明，这需要增加的磁各向异性，控制的样品厚度，相比通常的skyrmionic样品，使均匀的状态对应于零场基态和skyrmions亚稳态激发。虽然skyrmion稳定在零场被证明在一个广泛的厚度范围内，电气控制似乎是更苛刻的，以避免skyrmion变形。在最薄的样品中，大的磁各向异性防止skyrmion变形，我们表明，它们可以通过电流脉冲逐渐成核，这强调了唯一可能的过渡发生在均匀和skyrmion状态之间。零磁场中的孤子skyrmions具有与场稳定的孤子skyrmions相同的性质，当被自旋轨道力矩激发时，具有长期稳定性和高迁移率。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced skyrmion stability due to exchange frustration
Skyrmion是一种局域的、拓扑上非平凡的自旋结构，它对未来的自旋电子学应用寄予了很高的希望。一个关键的问题是skyrmion稳定性方面的湮灭到铁磁状态。这种坍缩的能垒只考虑了最近邻交换相互作用。在这里，我们表明，交换相互作用超越最近的邻居可以是必不可少的描述稳定的skyrmionic自旋结构。我们专注于原型膜系统Pd/Fe/Ir（111），并证明了一个有效的最近邻交换或微磁模型只能解释平衡性质，如skyrmion轮廓或零温度相图。然而，由于过渡态的能量不能精确描述，skyrmion坍缩的能垒和临界场以及skyrmion寿命被大大低估。反原子核甚至不是亚稳态的。我们的工作表明，挫折的交换相互作用是一条路线，即使在系统中的铁磁基态增强skyrmion稳定性。
2017-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Theory of magnetic field-stabilized compact skyrmions in thin film ferromagnets
本文建立薄膜铁磁体中紧致斯格明子的微磁学理论，通过渐近分析给出尺寸、转角及塌缩、爆裂能垒公式，并揭示低 DMI 下偶极作用与平行核心磁场共同稳定斯格明子的新机制。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Driven Zero-Field Near-10 nm Skyrmions in Two-Dimensional van der Waals Heterostructures
磁性Skyrmions $-$定域手性自旋结构$-$在自旋电子学应用中显示了巨大的前景。最近二维（2D）磁性材料的发现为探索原子薄范德华（vdW）材料中的这种拓扑自旋结构提供了新的机会。尽管在二维磁体中稳定亚稳态skyrmions的研究取得了一些进展，但它们的直径仍然超过100 nm，并且它们的寿命还没有被探索。在这里，使用第一性原理计算和原子自旋模拟，我们预测，压缩机械应变导致稳定的零场skyrmions的直径接近10 nm的Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene vdW异质结构。这些独特的skyrmions的起源是由于高的可调性Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用和磁晶各向异性能的应变，一种效果，这是一般的Fe $_3$ GeTe $_2$异质结与屈曲基板。基于磁相互作用的第一性原理参数，我们用过渡态理论计算了保护Skyrmion不被湮灭的能垒和它们的寿命。我们发现应变Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene中的纳米尺度skyrmion在温度高达20 K时可以稳定数小时。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Combined Magnetic Imaging and Anisotropic Magnetoresistance Detection of Dipolar Skyrmions
磁skyrmions是一种局域化的粒子状非平凡漩涡，在构建高性能拓扑自旋电子器件方面具有重要的应用前景。Skyrmionic设备中的读出功能需要将磁Skyrmion转换为电信号。在这里，我们报告相结合的实空间磁成像和各向异性磁阻研究偶极skyrmions。使用洛伦兹透射电子显微镜成像观察到单个skyrmion链和单个skyrmion。同时，得到了Fe3Sn2纳米结构的各向异性磁电阻随磁场、螺旋度和Skyrmion数的变化关系.结果表明，Skyrmion的各向异性磁电阻与螺旋度无关，与Skyrmion数成正比。我们的工作可以促进基于skyrmion的自旋电子器件的读出操作。
2022-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Non-circular skyrmion and its anisotropic response in thin films of chiral magnets under tilted magnetic field
本文研究了倾斜磁场作用下手征磁体薄膜中Skyrmion的平衡和动力学性质。单个Skyrmion的形状是非圆形的，并且Skyrmion密度随着与膜法线的倾斜角而减小。因此，两个skyrmions之间的相互作用除了取决于它们之间的距离外，还取决于它们之间的相对角度。在垂直磁场下的三角形晶格的skyrmions扭曲成一个中心的矩形晶格的倾斜磁场。对于低skyrmion密度，skyrmion形成链状结构。非圆Skyrmions的动力学响应依赖于外部电流的方向。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion-electronics: Writing, deleting, reading and processing magnetic skyrmions toward spintronic applications
在过去的几十年里，磁skyrmions的领域已经在广泛的主题中进行了积极的研究。在这篇专题综述中，我们主要回顾和讨论了自2009年首次实验观测磁性skyrmion以来skyrmion研究的主要结果和发现。我们特别关注与基于磁skyrmion的自旋电子学应用直接相关的理论、计算和实验发现和进展，即它们在磁场、电流和热能驱动下的写入、删除、读取和处理。然后，我们回顾了几个潜在的应用，包括信息存储，逻辑计算门和非传统的设备，如神经形态计算设备。最后，我们讨论了未来可能的研究方向磁skyrmions，其中也涵盖了丰富的主题，其他拓扑结构，如反kyrmions和双分子在反铁磁体和挫折磁铁。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics of a magnetic skyrmionium driven by spin waves
磁性Skyrmionium是一种类似Skyrmion的结构，但净Skyrmion数为零，可以用作非易失性信息处理设备的构建块。在这里，我们研究了由传播自旋波驱动的磁性Skyrmionium的动力学。研究发现，自旋波可以有效地驱动Skyrmion运动，表现出微小的Skyrmion霍尔效应，其迁移率比相同条件下的Skyrmion要好得多。我们还表明，skyrmionium迁移率依赖于纳米轨道的宽度和阻尼系数，并可以通过外部的面外磁场控制。此外，我们还证明了自旋波驱动的Skyrmionium运动是惯性的。我们的研究结果表明，skyrmionium是一个很有前途的积木构建自旋波自旋电子器件。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion meets magnetic tunnel junction: an efficient way for electrical skyrmion detection investigated by ab initio theory
在我们的原理证明研究中，我们研究了Skyrmions对磁阻输运的影响。特别是，我们表明，磁性隧道结是一个技术上有吸引力的和有前途的方式，非共线磁结构的电检测。所计算的效果是源于不同的k-状态之间的散射，不能单独通过状态密度来识别。我们的研究结果表明，检测效率强烈依赖于所使用的材料。
2019-07-10 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
Emergence of Chaos in Magnetic-Field-Driven Skyrmions
本文探索了磁场驱动磁性skyrmions中的混沌现象，通过微磁模拟揭示了由次级回转模式与呼吸样模式耦合引起的非线性动力学和次摆线运动复杂模式，为提升器件可靠性和建立基于skyrmion动力学的混沌计算提供了指导。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci nlin.CD
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
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
A van der Waals Interface Hosting Two Groups of Magnetic Skyrmions
多个磁性Skyrmion相为基于Skyrmion的超高密度自旋存储器件增加了额外的自由度。将磁场扩展到二维范德华磁体是一个有益的挑战，其中可实现的自由度（例如厚度，扭曲角和电门控）和高skyrmion密度导致有趣的新特性和增强的功能。我们报告了一个范德华界面，该界面由两个居里温度分别为~65 K和~205 K的二维铁磁体Cr2 Ge 2 Te 6和Fe 3GeTe 2形成，其中包含两组磁skyrmion。在60 K以下观察到Cr2 Ge 2 Te 6磁有序时的两组拓扑霍尔效应。这两组skyrmions直接成像使用磁力显微镜。有趣的是，在零外加磁场的情况下，磁skyrmion仍然存在于异质结中。我们的研究结果是有希望的实现skyrmion设备的基础上，范德华异质结构托管多skyrmion阶段。
2022-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Interactions of the Centrosymmetric Skyrmion Material Gd2PdSi3
在中心对称材料中磁skyrmions的实验实现一直是由理论上理解的各向异性和挫折的微妙平衡如何在施加的磁场中稳定拓扑自旋结构。最近，中心对称材料Gd $_{2}$ PdSi $_{3}$被证明具有场诱导的skyrmion相，但skyrmion稳定机制仍不清楚。在这里，我们采用同位素富集的多晶Gd $_{2}$ PdSi $_{3}$样品的中子散射测量，以量化驱动skyrmion形成的相互作用。我们的分析揭示了空间延伸的相互作用，在三角形平面，是一致的RKKY机制，和大铁磁平面间的磁相互作用，调制的Pd/Si超结构。skyrmion相位出现在一个零场螺旋磁序与磁矩垂直的磁传播矢量，表明磁偶极相互作用起着重要的作用。我们的实验结果建立了一个相互作用空间，可以促进skyrmion形成，方便识别和设计的中心对称skyrmion材料。
2022-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Creation of Skyrmions by Electric Field on Chiral-Lattice Magnetic Insulators
我们从理论上提出，利用非共线Skyrmion自旋和电极化的强度之间的耦合，通过电极尖端施加电场，可以在几纳秒内在手性晶格磁性绝缘体薄膜样品上电学产生磁性Skyrmion，即以量子化拓扑数为特征的纳米自旋涡旋.这一发现将为利用多铁性Skyrmions作为低能耗磁存储器件的信息载体而没有焦耳热能量损失铺平道路。
2015-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Thermoelectric microscopy of magnetic skyrmions
磁skyrmion是一种纳米尺度的拓扑物体，其特征在于磁矩的缠绕，出现在具有破缺反转对称性的磁性材料中。由于其低的驱动电流阈值，skyrmions已被深入研究，通过使用电子束，X射线和可见光显微镜的新的存储应用。在这里，我们表明，skyrmions可以通过热电信号的自旋热电子现象结合聚焦加热成像。我们施加了一个局部的温度梯度的CoFeB/Ta/W多层膜的扫描加热位置，并利用霍尔棒结构，映射的大小以及所产生的热电流分布的方向，这链接到skyrmion的内部磁性纹理。这种方法还可以观察驱动电流脉冲下的skyrmion动力学，是一种有用的成像技术的skyrmion设备的发展。
2019-10-29 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
Field-driven skyrmion motion through velocity equipartition between skyrmions and a domain wall
磁skyrmions，作为一个旋转的自旋结构与轴对称，不能被推动一个均匀的磁场。因此，已经报道的skyrmion运动是使用其他种类的刺激诱导的;通常，磁性金属中的电流以及自旋波、热梯度和场梯度都表现出它们驱动skyrmion运动的能力。在这里，我们证明，通过微磁模拟和分析，磁skyrmions可以通过一个均匀的垂直磁场通过畴壁（DW）调解人。对于固定的场强，skyrmion训练的速度以1 /（1 + Ns）的形式演化，其中Ns表示skyrmion的数量。基于Thiele的模型，我们再现了速度-Ns关系首次确定从数值结果，并揭示了skyrmion DW和skyrmion间的排斥提供了直接的驱动力skyrmion运动。这项研究强调了自旋织构的相互作用在skyrmion动力学中的作用，并为skyrmion操纵开辟了一条新的途径，特别是与绝缘磁体相关的。考虑到磁和电之间的对应关系，我们预计该方案也适用于铁电体中的极性skyrmion。
2022-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin structure relation to phase contrast imaging of isolated magnetic Bloch and Neel skyrmions
磁Skyrmions是未来的存储设备与大的数据密度有前途的候选人。已经发现了各种各样的材料，其宿主skyrmions高达室温范围。洛仑兹显微镜通常在透射电子显微镜（TEM）中进行，是表征真实空间中Skyrmion样品的最重要工具之一。使用数值计算，这项工作涉及的TEM中的相位衬度的实际磁化曲线的一个孤立的尼尔或布洛赫skyrmion，两个最常见的skyrmion类型。在所使用的skyrmion模型的框架内，结果是独立的skyrmion的大小和壁的宽度和规模与样品的厚度为纯磁性标本。简单的规则，提供了提取的实际Skyrmion配置纯布洛赫或尼尔skyrmion，而不需要模拟。此外，第一微分相衬（DPC）的测量尼尔skyrmions，满足实验预期，并展示所描述的原则。这项工作是相关的材料科学，它使工程的skyrmion配置文件通过方便的表征。
2020-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ferroelectrics Manipulate Magnetic Bloch Skyrmions in a Composite Bilayer
理论研究表明，复合双层（即，手性磁性/铁电双层）提供了电诱导磁性Skyrmions的可能性[Phys. Rev. \textbf{94}，014311（2016）]。在这篇文章中，我们提出了一个微磁模型，物理操纵的手征磁性薄膜与极化的铁电驱动系统通过逆磁电效应必不可少的磁性布洛赫Skyrmions传播。不同的传播速度、薄膜尺寸和磁电耦合强度所引起的效应强烈地影响着磁Skyrmions的质量和数量。
2016-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Deterministic generation of skyrmions and antiskyrmions by electric current
磁skyrmions是纳米级的自旋量子池，有望在未来的自旋电子学应用中取得突破。通过电流来控制磁skyrmions的产生对于这一目的至关重要。虽然先前的研究已经证明了这种操作，但所产生的skyrmions的拓扑电荷由外部磁场的方向决定，因此是固定的。在这里，我们报告的电流诱导Skyrmions创建手性磁铁FeGe纳米结构使用\emph{in-situ}洛伦兹透射电子显微镜。我们证明，只需控制零磁场下电流的方向，磁skyrmion或反磁skyrmion都可以从磁螺旋基态转移。力的分析和对称性的考虑，支持微磁模拟，很好地解释了实验结果，其中磁skyrmions或antiskyrmions创建由于边缘不稳定性的螺旋状态中存在的自旋转移力矩。按需产生skyrmion和控制其拓扑结构的电流，而不需要磁场将使新的纯电控skyrmion设备。
2021-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Configurational entropy of magnetic skyrmions as an ideal gas
拓扑缺陷的热力学研究是理解其物理基础的一个重要挑战。其中，磁skyrmions的物理性质和潜在的应用在存储和神经形态计算的主导作用。本文导出了磁性Skyrmion的热力学统计。结果表明，skyrmion自由能可以通过一个抛物线函数和直径统计服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布。这允许在skyrmion直径统计分布的行为和稀释气体Maxwell-Boltzmann分子分布在热力学平衡之间进行类比。skyrmion组态熵的计算，由于热诱导的大小和形状的skyrmion的变化，是必不可少的skyrmion能量在其平均值附近的热涨落的测定。这些结果可用于推进skyrmionics领域。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Generation and Guided Motion of Magnetic Skyrmions by Focused He$^+$-Ion Irradiation
磁skyrmions是具有非平凡拓扑结构的准粒子，被设想在下一代数据技术中发挥关键作用，同时由于其新兴的拓扑电荷而吸引了基础研究兴趣。在手性磁性多层膜中，电流产生的自旋轨道力矩或超快激光激发可以用来在皮秒时间尺度上使孤立的Skyrmion成核。然而，这两种方法都产生随机排列的skyrmions，这固有地限制了skyrmions成核位置的精度。在这里，我们表明，纳米图案的各向异性景观与他$^+$ -离子束创建定义良好的skyrmion成核网站，从而将skyrmion本地化到一个确定性的过程。这种方法可以实现控制单个skyrmion成核以及引导skyrmion运动与纳米级的精度，这是关键的skyrmion动力学和应用的未来基础研究。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometric symmetry and size-dependent skyrmion phase transitions in magnetic nanostructures
School of Materials and Physics, China University of Mining and Technology（中国矿业大学材料科学与工程学院）；College of Physics and Information Engineering, Shanxi Normal University（山西师范大学物理与信息工程学院）
研究磁性纳米结构中几何对称性、尺寸和外部磁场对单个Skyrmion态调控的相互作用，通过分析纳米圆盘、纳米正方形和纳米矩形，发现纳米圆盘的旋转对称性在直径增加时促进丰富的拓扑相变，从铁磁态到Skyrmion、Skyrmionium和多态，而正方形和矩形结构由于角落引起的去磁效应和对称性降低导致拓扑复杂性受抑制。在垂直磁场下，纳米圆盘在Skyrmionium和Skyrmion态之间发生场驱动相变，利用不对称性，正方形和矩形纳米结构在更宽的参数范围内稳定Skyrmion，这些发现突显了几何对称性作为设计参数，用于在自旋电子学应用中调控Skyrmion的稳定性和功能，如多态存储和可重构逻辑器件。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of interlayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction on the shape and dynamics of magnetic twin-skyrmions
University of Hamburg（汉堡大学）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
层间Dzyaloshinskii-Moriya相互作用影响磁双扭丝状体的形状和动力学，通过改变自旋构型和螺旋性实现对涡旋速度和Hall角的调控。
2026-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detailed dynamics of a moving magnetic skyrmion lattice in MnSi observed using a small-angle neutron scattering under an alternating electric current flow
本研究利用小角中子散射详细观察了交流电下MnSi中移动磁斯格明子晶格的动力学，发现低频下晶格发生塑性形变导致反射斑旋转和展宽，而高于阈值频率时振荡消除位错使斑点变锐利，揭示了交流频率对位错密度的控制作用。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Amorphous Ferrimagnets: an Ideal Host for Ultra-Small Skyrmions at Room Temperature
近年来，磁性skyrmion已成为磁性材料研究中的一个活跃的基础研究和应用课题。磁skyrmions是具有拓扑保护的涡旋状自旋激发，因此与磁畴壁相比对钉扎更鲁棒。我们采用原子模拟，以创造室温超小尼尔skyrmions在非晶亚铁磁体。超小亚铁磁skyrmion的快速传播和低耗散动力学使它们成为基于自旋的存储器和逻辑器件中畴壁的替代品。
2019-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature and magnetic field dependence of the internal and lattice structures of skyrmions by off-axis electron holography
用离轴电子全息术研究了B20型FeGe中磁skyrmion的内部结构和晶格结构。分析了单个Skyrmions的磁矩随温度、磁场和角度的变化关系。而内部skyrmion形状被发现随磁场，skyrmion间的距离几乎保持不变的晶格相。局部磁矩的振幅被发现依赖于温度，而skyrmion形状不。从一个圆形的六角skyrmion结构的偏离观察到的晶格相。
2016-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
