Origin of temperature and field dependence of magnetic skyrmion size in ultrathin nanodots
了解磁skyrmions的物理性质是重要的基础研究，旨在开发新的自旋电子器件的范例，其中逻辑和存储器可以集成在同一水平。在这里，我们展示了一个通用的模型的基础上的微磁形式主义，可用于研究作为磁场和温度的函数的skyrmion稳定性。我们考虑的是圆形的铁磁磁点。我们的结果表明，磁skyrmions与一个小半径的点半径相比，总是亚稳态，而大半径skyrmions形成一个稳定的基态。能量分布的变化决定了亚稳（稳定）skyrmion作为温度和/或场的函数的弱（强）尺寸依赖性。这些结果可以为基于skyrmion的设备的最佳材料的设计开辟一条道路。
2017-09-19 cond-mat.mes-hall
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$值，我们能够保护skyrmion在较高电流密度下不被湮灭，这又增加了基于skyrmion的振荡器的回转频率。通过对纳米带中Skyrmion运动速度的线性拟合，我们还预测了纳米点中Skyrmion的旋转频率，直观地证明了我们想法的正确性。我们还改变了纳米盘的半径，以观察其对skyrmion的影响。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall
Observation of hedgehog skyrmions in sub-100 nm soft magnetic nanodots
磁skyrmions是一种纳米自旋织构，由于其非平凡的拓扑结构所具有的独特功能，在自旋电子学应用中具有突出的潜力。在非质心对称材料或界面自旋轨道耦合较强的Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya exchange interaction，Dzyaloshinskii-Moriya）薄膜中，具有确定手征的Skyrmions是稳定的。在这项工作中，我们报告在室温下，既不垂直也不垂直磁各向异性的封闭系统中的磁刺猬skyrmions的检测。我们表明，软磁（坡莫合金）纳米点能够主机的非手性刺猬skyrmions，可以进一步稳定的磁场所产生的磁力显微镜探针。分析计算和微磁学模拟证实了在一定尺寸范围内，即使没有外部刺激，坡莫合金纳米点中也存在亚稳态Néel skyrmion。我们的工作意味着存在一个新的自由度来创建和操纵软纳米点中的skyrmions。软磁材料中skyrmion的稳定化为研究skyrmion的磁化动力学提供了可能性，否则由于高磁各向异性材料中高自旋轨道耦合的大阻尼常数而受到限制。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reconfigurable spin-wave platform based on interplay between nanodots and waveguide in hybrid magnonic crystal
提出由纳米点链与坡莫合金波导耦合构成的混合磁子晶体，通过研究单畴态与斯格明子态下的复杂自旋波谱，揭示了其可重构潜力及在磁子学和神经网络中的应用前景。
2024-10-16 cond-mat.mes-hall
Theory of three-magnon interaction in a vortex-state magnetic nanodot
本文用矢量哈密顿方法（VHF）研究了磁涡旋基态中的三磁振子参量相互作用（或三波分裂）。发现圆盘中的三波分裂服从两个选择规则：（i）所得自旋波模的方位角总数守恒;（ii）如果驱动场直接激发的模是径向对称的（即如果直接激发的模的方位角数是$m = 0$），则相互作用模的径向数不等.选择规则（ii），然而，放松在“小”磁盘，由于涡核的影响。我们还发现，三波相互作用的直接激发模式的效率强烈地依赖于方位角和径向的模式数的合成模式，成为决定性的情况下，当几个分裂通道（几对合成模式）同时近似满足共振条件的分裂。VHF解析计算与实验和微磁模拟的良好一致性证明了VHF形式主义预测实际分裂通道和三波分裂驱动场阈值的大小的能力。
2020-11-30 cond-mat.mes-hall
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
Collective dynamical skyrmions excitations in magnonic crystal
本文从理论上研究了Skyrmion磁振子晶体，在Skyrmion磁配置中的铁磁纳米点链中的磁化动力学。我们表明，集体激发是可能被观察到的结构。给出了耦合Skyrmions的色散关系。它表现出依赖于波矢的周期性，这是磁振子晶体中能带结构的特征。与磁振子带相关的磁化强度振幅的空间分析证实了激发模式的类型，呼吸和顺时针回旋动力学skyrmions。这些高频和低频激发分别以负群速度和正群速度传播，可以用于研究自旋电子学和磁振子学中的基本性质和技术应用。
2015-02-27 cond-mat.mes-hall
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
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
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
Multiple vortex-antivortex pair generation in magnetic nanodots
磁涡旋与旋转磁场的相互作用导致涡旋-反涡旋对的成核，从而导致涡旋极性切换。这一过程的关键点是产生一个倾角，这可以解释为一个非线性共振系统的某些磁振子模式与非线性耦合。通常观察到的单倾向构造是多倾向构造的一种特殊情况。具有$n$倾角的结构的动力学被描述为具有方位角数$m=0,\pm n,\pm 2n$的非线性耦合模式的动力学。利用空间和时间变化的磁场，可以在涡旋态纳米盘中获得任意数量的涡旋反涡旋对的多倾角结构。提出了一种可能的多倾角结构生成实验装置的方案。
2010-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Stability of skyrmions on curved surfaces in the presence of a magnetic field
我们研究的稳定性和能量相关的skyrmions出现，ING作为曲面上的激发。使用连续介质模型，我们表明，圆柱形的径向和方位场的存在下，不稳定的skyrmions出现在没有外部字段。弱磁场产生分数skyrmions，而强磁场产生稳定的2{ $π$ }- skyrmions，其宽度由磁场强度减小。在方位场作用下，涡旋在曲面上表现为稳定状态。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
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
Magnetic Skyrmion Interacting with Optical Skyrmion
Waseda University（早稻田大学）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen（香港中文大学（深圳））；National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究探究单个磁斯格明子与光学斯格明子束的相互作用，识别出三种非线性动力学模式，明确光学驱动力各分量的作用，揭示三维空间中耦合的相位特性，为光磁控制提供新途径。
2026-09-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Majorana bound states in magnetic skyrmions
磁性Skyrmions是高度移动的纳米级拓扑自旋纹理。我们表明，无论是分析和数值，一个磁skyrmion的一个均匀的方位角绕组数放置在接近的s波超导体主机在其核心的零能量马约拉纳束缚态，当巡回电子和skyrmion之间的交换耦合是强的。这种马约拉纳束缚态是稳定的存在下的自旋轨道相互作用。我们建议使用超导三结实现非阿贝尔统计的马约拉纳束缚态。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
The effect of curvature on the eigenexcitations of magnetic skyrmions
从理论上研究了磁性薄膜几何缺陷（凸块）钉扎铁磁Skyrmion的自旋本征模谱。通过直接数值求解相应的本征值问题和有限元微磁模拟，我们证明，曲率可以诱导局域模式具有较高的方位角和径向量子数，这是不存在的平面skyrmions（相同的参数）。所有模式的本征频率，除了呼吸和陀螺模式随曲率的增加而减小。由于平移对称破缺，skyrmion的零平移模获得有限频率，形成陀螺模，描述skyrmion围绕平衡位置的均匀转动。为了处理的陀螺运动分析，我们开发了一个Thiele样的集体变量的方法。我们表明，Néel skyrmions在曲线膜的经验的驱动力起源于平均曲率的梯度。钉扎Skyrmion的回转频率与平衡点处平均曲率的二阶导数成正比。
2020-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin Dynamics in Patterned Magnetic Multilayers with Perpendicular Magnetic Anisotropy
在过去的几十年里，纳米结构中的磁化动力学已经被广泛研究，纳米磁学在这段时间里发生了显着的变化，发现了新的效应，开发了许多应用，并确定了有前途的新方向。这包括磁振子学，一个新兴的研究领域，面向自旋波动力学及其应用的研究。在这种情况下，薄铁磁薄膜与垂直磁各向异性（PMA）提供了有趣的机会，研究自旋波，特别是由于面外磁化剩磁或在相对较弱的外部磁场。这是唯一的磁化配置提供各向同性的平面内自旋波传播的样品平面内，前体积静磁自旋波几何形状。各向同性色散关系在设计信号处理设备中非常重要，为直接复制从光子学到磁振子学的各种概念提供了优越的前景。类似于光子或声子晶体，它们是光电子学和声子学的构建块，磁振子晶体被认为是磁振子应用中的关键部件。最近研究了纳米点阵列和具有周期性孔阵列的结构化铁磁薄膜，通常称为基于PMA多层膜的反点晶格。新的磁振子传播的自旋波模式，开发的带隙，和限制模式，有关的性质进行了论证。此外，非平凡的磁振子带拓扑的存在已被证明。此外，PMA和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的组合导致形成手性磁化状态，包括Néel畴壁，skyrmions和skyrmionium状态。
2022-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vortex Dynamics-Mediated Low-Field Magnetization Switching in an Exchange-Coupled System
磁涡旋是软磁纳米盘中拓扑稳定的磁性结构，因此引起了人们的广泛关注。人们对孤立系中磁涡旋的性质进行了大量的研究。在这里，我们展示了一个新的方面的磁涡旋的动力学强烈影响的磁结构的环境。我们利用一个纳米点的交换耦合双层与软磁Ni 81 Fe 19（坡莫合金; Py）具有磁涡旋和垂直磁化的L10-FePt表现出大的开关场（HSW）。在低磁场条件下，自旋波的涡旋动力学使得Py中的过剩能量积累，从而触发L10-FePt的反畴形核。我们的研究结果揭示了反畴成核的非局域机制，并提供了一个有效的HSW减少，是超低功率自旋电子器件所需的路线。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computational Frameworks for Patterned Two-Dimensional Magnetism
Brainware University（Brainware大学）
本文综述了图案化二维磁性中的计算框架，涵盖理论模型和数值方法，探讨了几何在控制相稳定性和自旋纹理中的作用。
2026-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Spin wave behavior of a novel hopfion-like chiral state in Co/Pt nanodiscs
本文通过微磁模拟在Co/Pt纳米盘中揭示了一种新型类Hopfion手性态，发现其具有非互易自旋波模式，并展示了利用共振自旋波在几纳秒内实现向skyrmion的切换。
2023-10-26 cond-mat.mes-hall
