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
Skyrmion lattice creep at ultra-low current densities
磁性skyrmions非常适合于编码信息，因为它们是纳米尺寸的，拓扑稳定的，并且只需要超低的临界电流密度$j_c$就可以从下面的原子晶格中脱钉。上图中的$j_c$，skyrmions的运动控制得很好，这使它们成为赛道记忆的主要候选者。在薄膜热激活蠕变运动的孤立skyrmions观察到低于$j_c$的理论预测。不受控制的Skyrmion运动对赛道记忆是有害的，并且还没有完全理解。值得注意的是，体材料中skyrmion晶格的蠕变仍有待探索。在这里，我们使用共振超声光谱-一种对skyrmion和原子晶格之间的耦合高度敏感的探针-在原型skyrmion晶格材料MnSi中，脱钉发生在$j_c^*$，仅为$j_c$的4%。我们的实验与安德森-金蠕变理论非常一致，并使我们能够揭示一个新的动态制度，在超低电流密度的特点是热激活skyrmion晶格蠕变与应用程序的重要后果。
2020-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Creation of Single Chain of Nanoscale Skyrmion Bubbles with Record-high Temperature Stability in a Geometrically Confined Nanostripe
纳米尺度的拓扑非平凡的自旋纹理，如磁skyrmions，已被确定为有前途的候选人的自旋电子应用，特别是磁赛道存储器设备的信息的传输和存储。在低维纳米结构中设计和实现室温及以上的单Skyrmion链对未来的实际应用具有重要意义。在这里，我们报告创建一个单一的skyrmion气泡链的几何限制Fe3Sn2纳米条纹的宽度相当于一个skyrmion气泡的特征尺寸。系统的热稳定性研究表明，单链Skyrmion泡在室温到630 K的高温下都能保持稳定。这种极端的稳定性可以归因于弱的温度依赖性的磁各向异性和边缘状态的形成在纳米带的边界。在几何约束的纳米结构中实现高稳定的Skyrmion泡链是实现Skyrmion基自旋电子器件应用的重要一步。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Hall Effect Revealed by Direct Time-Resolved X-Ray Microscopy
磁skyrmion是非常有前途的候选人，为未来的自旋电子应用，如skyrmion赛道存储器和逻辑器件。他们表现出异国情调和复杂的动力学拓扑结构所支配的缺陷，如边缘粗糙度的影响较小，比常规使用的域壁。特别是，它们的有限拓扑电荷导致预测的“skyrmion霍尔效应“，其中电流驱动的skyrmion获得类似于传统的霍尔效应中的带电粒子的横向速度分量。在这里，我们提出了纳米泵浦探测成像，首次揭示了电流诱导的自旋轨道力矩（SOT）驱动的skyrmions的实时动态。我们发现Skyrmions以一个定义明确的角度Θ_{SH}运动，该角度可以超过30°，但与理论预期相反，Θ_{SH}随速度线性增加，至少达到100 m/s。我们解释我们的观察的基础上结合一个类似场的SOT的内部模式激发，表明人们必须超越通常的刚性skyrmion描述解开动态。
2016-09-28 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Current-driven dynamics of antiferromagnetic skyrmions: from skyrmion Hall effects to hybrid inter-skyrmion scattering
本研究结合第一性原理与原子自旋动力学模拟，发现CrPdFe/Ir(111)中反铁磁斯格明子在电流下具有有限斯格明子霍尔效应，并揭示底层铁磁斯格明子的陷阱作用。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
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
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
Steering Magnetic Skyrmions with Nonequilibrium Green's Functions
磁skyrmions，拓扑保护的涡旋状配置的自旋纹理，是广泛的概念和实际的吸引力，量子信息技术，特别是在所谓的赛道存储设备的制作。Skyrmions可以用磁场和/或（自旋）电流来创建、操纵和摧毁。在这里，我们专注于后者的机制，通过微观处理的skyrmion电流相互作用进行分析。我们考虑的系统是一个孤立的skyrmion在一个正方形晶格团簇，相互作用的电子自旋载流量子线。对于理论描述，我们采用了量子制剂的自旋相关电流通过非平衡格林函数（NEGF）内的广义Kadanoff-Baym模型（GKBA）。这是结合治疗的skyrmion的基础上经典的本地化的自旋，与skyrmion运动通过描述Ehrfest动力学。与我们的混合量子经典方案，我们评估如何随时间变化的电流可以影响skyrmion动力学，以及如何这反过来又取决于电子-电子和自旋轨道相互作用的电线。我们的研究表明，通过电流的skyrmion转向量子经典治疗的有用性，作为一种方式，例如验证/提取一个有效的，经典的，描述skyrmion动力学从微观量子建模的skyrmion电流相互作用。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Asymmetric skyrmion Hall effect in systems with a hybrid Dzyaloshinskii-Moriya interaction
我们研究的电流诱导动力学的skyrmion，是受结构和散装反转不对称。出现了一种混合型的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（DMIs），其形式为界面DMIs和体DMIs的混合。实例包括具有对称类C $_n$的晶体以及由具有非中心对称晶体的铁磁体和具有强自旋轨道耦合的非磁体组成的磁性多层。作为一个惊人的结果，我们发现，在系统中的混合双折射，自旋-轨道-扭矩诱导的skyrmion霍尔角是不对称的两个不同的skyrmion极性（$\pm 1$给出的面外芯磁化），甚至允许其中之一被调谐到零。我们提出了几种实验方法，以实现必要的直线skyrmion运动（零霍尔角）的赛道记忆，即使没有反铁磁相互作用或与另一个磁铁的任何相互作用。我们的结果可以理解在一个简单的图片，通过使用一个全球的自旋旋转映射的混合模型，一个有效的模型，包含纯界面的自旋。形式主义直接揭示了有效自旋力矩和有效电流，导致定性不同的动力学。我们的工作提供了一种利用对称性破缺来消除有害现象的方法，因为混合双折射消除了Skyrmion Hall角。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Memory effects on the current induced propagation of spin textures in NdCo$_5$/Ni$_8$Fe$_2$ bilayers
该研究揭示NdCo$_5$/Ni$_8$Fe$_2$双层膜中基于交换偏置的记忆效应控制自旋纹理的传播方向，实现可重构的磁性拓扑纹理受控传播。
2024-06-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
