Internal structure of hexagonal skyrmion lattices in cubic helimagnets
我们利用高空间分辨率的成像方法，微分相位衬度（DPC）在扫描透射电子显微镜（STEM），在非中心对称磁有序材料的skyrmion态的磁感应强度分布的精确测量。应用于调查的内部结构的六角skyrmion晶格细胞，稳定的面外施加磁场在FeGe的边缘标本，映射的面内分量的磁感应产生的“平均”skyrmion公司和观察内部六重对称。随着场强的增加，“平均”skyrmion核心的直径被观察到减少伴随着晶格周期的非线性变化。个别skyrmions的结构的变化进行了研究，利用先进的DPC检测计划与各种对称性降低失真正在观察。我们的观察结果是一致的理论唯象模型，它预测了六角skyrmion晶格细胞的结构，也扭曲状态附近的材料表面提供了一个基础，为充满活力的稳定的skyrmion晶格的圆锥相。有很好的协议与实验预测散装skyrmion结构和它们的响应（核心大小和晶格周期性变化）的外加电场。
2016-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Creation of a Chiral Bobber Lattice in Helimagnet-Multilayer Heterostructures
手性浮子是一种局部三维磁化结构，以奇点为终端。手征波子与手征磁铁中的磁性skyrmion共存，使它们自身成为新型的skyrmion互补信息位。然而，按需创建的浮子，以及他们的直接观察仍然难以捉摸。在这里，我们介绍了一种新的机制，通过两个具有可比大小的skyrmion物种的接近，创造一个稳定的手性bobber晶格态。实验证明了这种效应在Cu $_2$ OSeO $_3$ /[Ta/CoFeB/MgO] $_4$异质结构中，其中在Cu $_2$ OSeO $_3$的相图中出现外来的bobber晶格态。为了明确揭示手性bobber晶格态的存在，我们开发了一种新的表征技术，磁截断棒分析，这是基于共振弹性x射线散射。
2020-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tilted Spirals and Low Temperature Skyrmions in Cu2OSeO3
本研究系统探究了块体螺旋磁体Cu2OSeO3在低温下的倾斜螺旋态与斯格明子相的稳定性，发现倾斜螺旋态可存在至35K以上，并用唯象理论解释了不同温区的行为差异源于各向异性常数的温度依赖性。
2023-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Topological Contributions to the Anomalous Nernst and Hall Effect in the Chiral Double-Helimagnetic System
MnP和FeP表现出复杂的磁螺旋态，其几何相位对反常霍尔效应和拓扑霍尔效应都有贡献，两者都有热电能斯特对应物。我们使用最先进的第一性原理计算表明，霍尔和能斯特效应都增强了由于温度依赖性的磁性织构在锰磷酸盐和铁磷。在环境压力下，反转破碎晶体显示出从双螺旋螺旋磁相到拓扑平凡磁相的转变。这种螺旋结构是由交换挫折和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用决定的。在存在外部磁场的情况下，磁结构转变成具有有限自旋手征的扇形相，其产生$\sim$ 1 T量级的有效磁场。这个领域的拓扑霍尔和能斯特效应与紧密缠绕的Skyrmion系统相当或更大。最后，我们表明，拓扑效应是强烈依赖于费米表面拓扑结构，它有很强的变化，甚至类似的磁性纹理的符号变化。
2018-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Metastable solitonic states in the strained itinerant helimagnet FeGe
拉伸应变是一个很有前途的工具，通过可调控制的磁各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的手征helimagnets的磁孤子纹理的创建和操纵。在这里，通过使用原位共振小角X射线散射，我们证明了skyrmion和手征孤子晶格可以实现亚稳态在FeGe片层作为不同的状态，甚至同时通过结合拉伸应变和磁场在不同的方向上的变形。在分析模型的框架下讨论了小角散射数据，该模型足以描述孤子晶格的实验结果。利用实验结果和解析理论，对小角散射实验中亚稳态skyrmions在垂直磁场中的解旋现象进行了微磁学模拟分析。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Control of Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Mn$_{1-x}$Fe$_x$Ge: a first-principles study
受Mn $_{1-x}$ Fe $_x$ Ge [K. Shibata等人，Nature Nanotechnology 8，732（2013）]，我们研究了Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用如何改变其在金属helimagnets中的大小和符号。通过第一性原理计算，我们成功地再现了实验中观察到的DM相互作用的非平凡符号变化。虽然DM相互作用敏感地依赖于载流子密度或电子结构的细节，如交换分裂的大小，但它的行为可以根据能带结构中的反交叉点的分布来系统地理解。通过遵循这一指导原则，我们甚至可以通过向系统施加应变来在DM相互作用中诱导巨大的各向异性。这些结果为金属螺旋磁体中Skyrmion晶体工程开辟了新的途径。
2015-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Design of Skyrmion Bags with Tunable Topology in Symmetry-Broken 2D Lattices
School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University（山东大学物理学院晶体材料国家重点实验室）
本研究提出了一种在对称破缺二维晶格中设计可调拓扑结构Skyrmion袋的新原理，并通过计算验证了其在无磁场条件下的存在及热稳定性。
2026-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxy Growth of [CrGe/MnGe/FeGe] Superlattices: Toward Artificial B20 Skyrmion Materials with Tunable Interactions
Skyrmions是一种局域化的磁性自旋织构，其稳定性在理论上已被证明取决于材料参数，包括体Dresselhaus自旋轨道耦合（SOC），界面Rashba SOC和磁各向异性。在这里，我们建立了一类新的人工skyrmion材料，即B20超晶格，这些参数可以系统地调整的增长。具体地说，我们报道了在Si（111）衬底上成功生长由FeGe、MnGe和CrGe单晶薄膜组成的B20超晶格。通过分子束外延生长薄膜和超晶格，并且通过反射高能电子衍射、X射线衍射和横截面扫描透射电子显微镜（STEM）的组合来表征。X射线能量色散谱（XEDS）区分层的元素映射，并表明良好的界面质量与相对较低水平的混合在[CrGe/MnGe/FeGe]超晶格。这种外延单晶B20超晶格的展示是对可调skyrmion系统的重大进展，用于基础科学研究和磁存储和逻辑的应用。
2017-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Formation of magnetic skyrmions with tunable properties in PdFe bilayer deposited on Ir(111)
我们用从头算和自旋模型计算方法对Ir（111）上PdFe双层膜的自旋组态进行了广泛的研究。我们利用自旋集团展开技术得到自旋模型参数，并求解零温下的Landau-Lifshitz-Gilbert方程。特别地，我们着重研究了层弛豫效应和外磁场作用下基态磁的演化。在没有磁场的情况下，我们发现了一个自旋螺旋基态，而施加外部磁场时，系统中产生了skyrmion。基于能量计算的冻结自旋组态与变化的磁场，我们获得了良好的协议与现有的实验相边界。我们发现自旋螺旋的波长和skyrmions的直径随着向内Fe层弛豫的增加而减小，这与最近邻Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和各向同性交换耦合$D/J$的比率的增加有关。我们的研究结果还表明，所需的稳定的Skyrmion晶格的应用领域增加时，个别Skyrmion的直径减小。根据我们的观察，我们认为，形成的skyrmion晶格可以调整的薄膜的小结构修改。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermally-activated skyrmion diffusion with tunable effective gyrotropic force
本研究通过在合成反铁磁体中调节角动量补偿来抑制有效回转力，使斯格明子的热激活扩散系数较铁磁斯格明子提升10倍以上，为节能型非传统随机计算提供了新途径。
2023-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Topological domain walls in helimagnets
该研究发现螺旋磁体FeGe中存在三种类似胆甾液晶的拓扑畴壁，其携带斯格明子电荷可耦合自旋电流并贡献拓扑霍尔效应，确立了新型磁性纳米对象，为相关器件研发开辟新方向。
2017-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Local dynamics of topological magnetic defects in the itinerant helimagnet FeGe
手征磁相互作用诱导复杂的自旋纹理，包括螺旋和锥形自旋波，以及粒子状物体，如磁skyrmions和merons。这些自旋纹理的基础上，创新的设备范例，并引起异国情调的拓扑现象，从而感兴趣的应用和基础科学。目前的关键问题解决自旋系统的动力学和新兴的拓扑缺陷。在这里，我们分析了微磁动力学的helmagnetic阶段的FeGe。通过结合磁力显微镜，单自旋磁强计，和Landau-Lifschitz-Gilbert模拟，我们表明，纳米级的动力学由磁刃位错的脱钉和随后的运动。这些拓扑稳定的物体的运动触发了可以在介观长度尺度上传播的扰动。在微磁结构的随机不稳定性的观察提供了新的见解巡回helimagnets和拓扑缺陷的时空动力学，并公开了新的挑战，关于他们的技术用途。
2016-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Presence of a chiral soliton lattice in the chiral helimagnet MnTa$_{3}$S$_{6}$
通过 SANS 与磁化测量研究 MnTa$_3$S$_6$ 单晶，证实其手性螺旋磁序及 CSL 相，并指出零场可调孤子数在存储器件中的潜力。
2023-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Unified Theory of Magnetoelastic Effects in B20 chiral magnets
磁skyrmion是一种自旋涡旋，具有拓扑保护和对电流的高迁移率。手性磁体中的固有磁弹性耦合允许使用机械载荷操纵磁性skyrmion及其晶格，这对于开发未来的自旋电子学器件是必不可少的。实验中发现，Skyrmion的稳定性和变形对应力敏感，而磁性Skyrmion的出现反过来又对底层材料的力学性能产生显著影响。然而，一个理论，解释这些相关现象在一个统一的框架内是看不到的。在这里，我们构建了一个热力学模型的B20 helimagnets纳入磁弹性泛函所需的高阶相互作用的群论。在该模型中，我们建立了计算温度-磁弹耦合场作用下螺旋磁体相图和平衡性质的方法。将该模型应用于体硅锰合金，计算了无应力条件下的温度-磁场相图以及单轴压缩时温度-磁场的变化。计算了所有弹性常数随磁场的变化。所得结果与相应的实验定量一致。该模型为进一步研究手征磁体中的磁弹性相关现象提供了可靠的理论基础。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric effects in the skyrmion host material Cu2OSeO3
绝缘helmagnetic Cu2OSeO3在其skyrmion阶段显示出相当大的磁电效应。利用磁化强度测量、磁流分析和介电谱，我们对单晶Cu2OSeO3在150 mT以下的外磁场和60 K以下的温度下有序磁相和极性相的磁电耦合、极化和介电常数进行了深入的研究.根据这些测量，我们构造了详细的相图。特别是，skyrmion相位和变磁转变的螺旋到圆锥的自旋顺序进行了详细的描述。最后，我们解决的问题，如果有任何签名的极性顺序，可以通过外部电场，这将意味着多铁性行为的Cu2OSeO3开关。
2015-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable skyrmion-skyrmion binding on the surface of a topological insulator
我们表明，在磁性拓扑绝缘体表面的skyrmion可能会经历一个吸引力的相互作用，导致skyrmion-skyrmion束缚态的形成。这与传统手征铁磁体中的skyrmions的情况相反，因为传统手征铁磁体的内在相互作用是排斥的。在我们的模型中，Skyrmion结合的起源是与每个Skyrmion相关的拓扑保护电子轨道的分子杂化。因此，可以通过调整填充/减少最低能量分子轨道的化学势来控制skyrmions之间的吸引力。我们发现，skyrmion-skyrmion束缚态可以是稳定的，不稳定的，或亚稳态取决于化学势，磁场，和易轴各向异性的基础铁磁体，从而在一个丰富的相图。最后，我们讨论了在最近合成的Cr掺杂${\left(\mathrm{Bi}_{2-y}\mathrm{Sb}_{y}\right)}_{2}\mathrm{Te}_3$异质结构中实现这种效应的可能性。
2019-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of uniaxial stress on helimagnetic phases in the square-lattice itinerant magnet EuAl$_{4}$
Institute for Solid State Physics, University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所新兴物质科学中心）；Department of Physics, Tokyo Metropolitan University（东京都立大学物理学系）；Institute of Materials Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization（高能加速器研究机构材料结构科学研究所）；Department of Advanced Materials Science, The University of Tokyo（东京大学先进材料科学系）；Research Center for Advanced Science and Technology, University of Tokyo（东京大学先进科学技术研究中心）；Department of Applied Physics, The University of Tokyo（东京大学应用物理学系）
单轴应力通过改变费米面嵌套影响EuAl$_{4}$中螺旋磁相的稳定性与临界参数。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable Room Temperature Magnetic Skyrmions in Ir/Fe/Co/Pt Multilayers
磁skyrmions是纳米级的拓扑自旋结构，为下一代信息存储技术提供了巨大的希望。最近在几种多层膜中发现了亚100 nm室温（RT）skyrmions，这引发了人们对调制其物理性质以用于器件的积极努力。在这里，我们提出了一个可调RT skyrmion平台的基础上，多层堆叠的Ir/Fe/Co/Pt，我们研究使用X射线显微镜，磁力显微镜和霍尔传输技术。通过改变铁磁层的组成，我们可以调整磁相互作用的Skyrmion属性，从而调整其热力学稳定性参数的数量级。Skyrmions在样品中表现出孤立（亚稳态）和无序晶格构型之间的平滑交叉，而它们的大小和密度可以分别调节2和10倍。因此，我们建立了一个平台，调查功能的子50纳米RT skyrmion，指向基于skyrmion的存储设备的发展。
2017-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Specific heat of the skyrmion lattice phase and field-induced tricritical point in MnSi
我们报告的温度和磁场的比热，C（T，H）的依赖性的高精度测量，整个MnSi的磁相图。明显的异常确定了skyrmion晶格是一个热力学相。比热异常的演化，在相变释放的熵的场依赖性，和温度与场的依赖性的交叉线提供了一个三临界点在340 mT的内部磁场和温度为28.5 K的惊人的证据。这个三临界点的存在代表了helmagnetic Brazovskii转变的有力支持，即，在H = 0处的涨落诱导的一阶跃迁。
2013-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Strain-tunable Dzyaloshinskii--Moriya interaction and skyrmions in two-dimensional Janus Cr$_{2}$X$_{3}$Y$_{3}$ (X, Y = Cl, Br, I, X $\neq$ Y) trihalide monolayers
近年来，人们致力于寻找具有强Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的二维铁磁材料。在这里，我们通过第一性原理的方法，系统地研究了双轴应变对Janus Cr $_{2}$ X $_{3}$ Y $_{3}$（X，Y = Cl，Br，I，X $\neq$ Y）单分子膜的磁化率，海森堡交换相互作用和磁各向异性能（MAE）的影响。拉伸应变可显著增强双折射和MAE，而$2\%$的压缩应变可诱导Cr $_{2}$ Cl $_{3}$ Br中双折射手性的反转和Cr $_{2}$ I $_{3}$ Cl $_{3}$中MAE从面外到面内的转换。在微观上，磁共振和MAE主要与重磁卤素原子的大自旋-轨道耦合有关，而不是与磁性Cr原子有关。特别是，特殊的磁性转变的Cr $_{2}$ I $_{3}$ Cl $_{3}$之间的竞争直接交换和超交换相互作用解释。微磁学模拟结果表明，外加65 mT的弱磁场能稳定Cr $_2$ I $_3$ Cl $_3$单层膜中直径为9.8 nm的skyrmion.我们的研究结果将为进一步研究二维Janus材料中的Skyrmions和Spin-tron提供指导，并为在自旋电子器件中的潜在应用奠定基础。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Néel-Bloch magnetic twists in Fe3GeTe2 with van der Waals structure
二维范德瓦尔斯（vdW）磁体中铁磁性的出现激发了人们对探索拓扑磁性纹理的高度兴趣，例如用于未来基于skyrmion的自旋电子器件的skyrmion。为了在vdW磁体中通过将Bloch型磁泡转化为Néel型skyrmion来设计skyrmion，在重金属/vdW磁性薄膜的异质结构中诱导界面Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用）.然而，vdW磁体固有的磁性纹理的明确识别，例如，磁扭曲（skyrmions/畴壁）是Néel型还是布洛赫型，目前还不清楚。在这里，我们证明了Néel或布洛赫型磁扭曲可以调谐的vdW磁体Fe 3GeTe 2（FGT）与/无界面的双折射。我们使用面内磁场来对准磁化的调制波矢q，以区分Néel型或布洛赫型磁扭曲。我们观察到，q是垂直于在异质结构（Pt/氧化-FGT/FGT/氧化-FGT）的面内场，而q对齐在一个旋转的角度相对于薄块FGT在薄板中的场方向。我们发现，对齐的畴壁扭曲持有扇形调制，符合定性与我们的计算结果。
2021-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Field-induced reorientation of helimagnetic order in Cu$_2$OSeO$_3$ probed by magnetic force microscopy
Cu $_2$ OSeO $_3$是具有磁电耦合的绝缘skyrmion-主体材料，该磁电耦合引起具有对磁场$\vec H$的特征依赖性的电极化的强度。我们报告了磁力显微镜成像的螺旋实空间自旋结构的表面上的大块单晶Cu $_2$ OSeO $_3$。在磁场的存在下，helmagnetic顺序一般重定向，并获得均匀的磁化分量，导致在较大的领域的圆锥形排列。我们研究了在10 K的温度下，接近晶体学$\langle 110\rangle$方向的场的重取向过程，该方向涉及$H_{c1}$的相变。实验证据的磁畴在真实空间中的形成，以及伴随着重新取向过程的弛豫事件的微观起源。此外，电极化的强度是通过开尔文探针力显微镜测量。我们表明，电极化的强度的特征场依赖性起源于这种螺旋磁重取向过程。我们的实验结果很好地描述了一个有效的朗道理论先前调用MnSi，捕获磁晶各向异性和塞曼能量之间的竞争。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Hall Topological Hall Effect in Highly Tunable Pt/Ferrimagnetic-Insulator Bilayers
拓扑磁纹理，如skyrmions的电检测目前仅限于导电材料。虽然磁性绝缘体为Skyrmion技术提供了高速和低损耗的关键优势，但它们尚未被电探索。在这里，我们报告了一个突出的拓扑霍尔效应在Pt/Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$双层，其中原始的Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$外延膜的厚度下降到1.25单位电池允许调谐拓扑霍尔稳定性在很宽的范围内从200到465 K通过原子尺度的厚度控制。虽然Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$是绝缘的，我们证明了通过一种新的现象：“自旋霍尔拓扑霍尔效应”（SH-THE），其中界面自旋轨道扭矩允许自旋霍尔效应产生的自旋在Pt中经历独特的拓扑结构的底层skyrmions在Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$的拓扑磁纹理的检测。这种新颖的电检测现象为在未来的skyrmion技术中利用大家族的磁性绝缘体铺平了新的道路。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Tunable gigahertz dynamics of low-temperature skyrmion lattice in a chiral magnet
本研究针对手性磁绝缘体Cu₂OSeO₃的低温斯格明子相，通过场循环方法生成该相并结合吉赫兹自旋动力学探测，揭示了其可调激发模式与相图特征，明确了磁晶各向异性对模式杂化的核心作用。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Tunable ferroelectric topological defects on 2D topological surfaces: strain engineering skyrmion-like polar structures in 2D materials
该研究通过多尺度计算模拟在二维PbX材料中利用应变工程实现可调谐铁电极性拓扑缺陷，预测了涡旋、反涡旋和通量闭合等多种极性结构，为下一代纳米电子与传感器件提供新途径。
2022-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Weak crystallization of fluctuating skyrmion textures in MnSi
本文报道了过渡金属helimagnet MnSi中顺磁到skyrmion晶格转变过程中出现的非平凡拓扑缠绕和长程序的实验研究。结合小角中子散射，中子共振自旋回波光谱和全电微波光谱的磁化率测量，我们发现的证据Skyrmion纹理的顺磁状态超过$10^3$的寿命超过几个10 $^{-9}$ s。我们的实验结果建立了顺磁性的skyrmion晶格转变MnSi是很好地描述了朗道软模式机制弱结晶，最初提出的背景下的液体到晶体的转变。作为该理论模型的一个关键方面，磁化的周期性小振幅分量的调制矢量形成加为零的三角形。与我们的实验结果非常一致，这些三角形的调制矢量需要存在的非平凡的拓扑缠绕的skyrmion已经在顺磁状态的MnSi接近skyrmion晶格转变时。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Supercurrent-induced Skyrmion dynamics and Tunable Weyl points in Chiral Magnet with Superconductivity
最近的研究表明，超导性为自旋电子学提供了新的视角。我们研究了由s波超导体和立方手征磁体组成的异质结构，它可以稳定拓扑自旋织构，即skyrmion。我们提出了一个超导引起的自旋力矩，起源于自旋轨道耦合，我们表明，自旋力矩可以驱动一个skyrmion在一个有效的方式，减少焦耳加热。我们还研究了Bogoliubov准粒子的能带结构，并证明了Weyl点的存在，其位置可以由磁化方向控制。这导致在自旋织构存在下作用于准粒子的有效磁场。此外，外尔锥的倾斜也可以通过自旋轨道耦合的强度来调节，我们提出了一种可能的实现II型外尔点。
2016-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deciphering structural and magnetic disorder in the chiral skyrmion host materials Co$_x$Zn$_y$Mn$_z$ ($x+y+z=20$)
已知以手性$β$ -Mn晶体结构结晶的Co $_x$ Zn $_y$ Mn $_z$（$x+y+z=20$）化合物即使在升高的温度下也具有Skyrmion自旋织构。与其他手性立方Skyrmion宿主一样，这些材料中的Skyrmion晶格在磁居里温度以下的小口袋中处于平衡状态。值得注意的是，还发现CoxZnyMnz化合物在宽的温度和场范围内（包括低至零场和低温）具有亚稳态非平衡skyrmion晶格。这种行为被认为与材料中存在的无序有关。在这里，我们使用中子和同步辐射衍射，密度泛函理论计算，直流和交流磁测量，在这些材料中的原子和磁无序的特点。我们表明，Co具有较强的网站偏好的金刚石8 C网站的晶体结构中，而锰往往共享几何挫折12 d网站与锌，由于其能够开发一个大的本地网站上的时刻。这种磁性驱动的位置特异性导致不同的磁性行为的钴丰富的8 c亚晶格和Mn的12 d亚晶格。富Co亚晶格在高温下有序（在100 K至470 K之间组成可调），其矩约为1 $μ_B$ /原子，并在低温下保持这种有序。富Mn亚晶格具有较大的磁矩（约3 $μ_B$，其在Co磁矩有序温度以下保持波动。在较低的温度下，波动的Mn矩冻结成一个可重入的无序集群玻璃状态，没有净矩，而Co矩保持秩序。这种两个子晶格的行为允许观察到的共存的强磁无序和有序的磁状态，如helimagnetism和skyrmion晶格。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of the exchange anisotropy in the helimagnetic insulator Cu$_2$OSeO$_3$
本文利用矢量磁场下的透射共振 X 射线散射直接定量测量了 Cu$_2$OSeO$_3$ 中各向异性交换相互作用的强度及其温度依赖性，发现其在 50 K 以下持续增强并引起 10% 的锥形螺旋螺距变化，为理解倾斜锥形和低温 skyrmion 态的形成提供了关键实验依据。
2023-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oriented Three-Dimensional Magnetic Biskyrmion in MnNiGa Bulk Crystals
一个biskyrmion由两个束缚的，拓扑稳定的skyrmion自旋纹理。这些咖啡豆形状的物体已经在真实空间中使用洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）在薄板中观察到。仅从LTEM成像来看，尚不清楚biskyrmions是否是表面限制的物体，或者类似于非中心对称helimagnets中的skyrmions，在大块样品中的三维管状结构。在这里，我们调查的biskyrmion形状因子的单晶和多晶MnNiGa样品使用小角中子散射（SANS）。我们发现，biskyrmions不是长程有序的，甚至在单晶中也不是。令人惊讶的是，所有的无序双克尔米子都有它们的面内对称轴沿某些方向排列，由磁晶各向异性控制。这种各向异性的性质可以进一步利用biskyrmions编码信息。
2019-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Magnonic Thermal Hall Effect in Skyrmion Crystal Phases of Ferrimagnets
从理论上研究了亚铁磁体Skyrmion晶相中磁振子在角动量补偿点附近的热霍尔效应。为此，我们从推导任意平衡自旋织构背景下磁振子的运动方程开始，这产生了磁振子的虚拟电磁场。随着净自旋密度的变化，所得到的运动方程介于CP处的相对论Klein-Gordon方程和远离CP处的非相对论Schr{<$} dinger方程之间.在一致skyrmion密度近似下，在skyrmion晶相中，相对于序参量的右旋和左旋圆极化磁振子分别形成Landau能级.对于一个实验的建议，我们预测，磁热霍尔电导率改变其符号时，亚铁磁体跨CP调谐，提供了一种方法来控制自旋热电子器件的热通量一方面和一个可行的方法来检测CP的亚铁磁体的另一方面。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The skyrmion lattice phase in three dimensional chiral magnets from Monte Carlo simulations
手性磁体，如MnSi，在外加磁场中显示丰富的有限温度相图。遇到的最不寻常的阶段是所谓的A相，其特征是三角形晶格的skyrmion管。它的存在性不能在Landau-Ginzburg泛函的平均场处理中被捕获，但是需要高斯阶的热涨落来稳定它.在本文中，我们用经典的蒙特卡罗模拟对三维晶格自旋模型进行了完全非微扰的研究。我们证明，A相确实是稳定的热波动，此外，我们重现了实验中发现的完整的相图。从顺磁体冷却后的helmagnetic过渡的热力学签名定性与实验结果一致，并提供进一步的支持Brazovskii的情况下，描述了一个波动驱动的一阶过渡，由于丰富的软模式。
2013-04-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure tunable magnetic skyrmion phase in Co8Zn8Mn4 single crystals
本文通过静水压力调控单晶Co8Zn8Mn4的磁斯格明子相，发现6 kbar压力可显著扩展其温度-磁场稳定范围，而10 kbar则使其略微收缩，揭示了应变工程在β-Mn型Co-Zn-Mn体系中定制斯格明子相的潜力。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Inducing a Tunable Skyrmion-Antiskyrmion System through Ion Beam Modification of FeGe Films
本研究通过2.8 MeV Au⁴⁺离子不同注量辐照外延B20相FeGe薄膜调控无序结构，构建出可调谐斯格明子-反斯格明子系统，观测到对应双峰特征的强拓扑霍尔效应，为相关器件研发和理论验证提供了实验平台。
2024-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry-Tunable Skyrmions and Merons in Magnetic Nanodisks via Spatially Engineered Anisotropy
China University of Mining and Technology（中国矿业大学）；University of Antwerp（安特卫普大学）；Zhejiang University（浙江大学）
该研究通过空间调控各向异性，在无DMI的非手性磁系统中稳定了斯格明子与meron拓扑自旋纹理，实现了其可控磁响应及可重构磁振子元件的应用。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-induced formation and annihilation of skyrmions in two-dimensional magnet
该研究利用第一性原理计算与 Monte Carlo 模拟，证明电场可调控 MnIn2Te4 单层中的磁相互作用并诱导斯格明子形成或湮灭。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall 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
The quantum origins of skyrmions and half-skyrmions in Cu2OSeO3
Skyrme粒子，即$skyrmion$，在半个多世纪前被引入，并用于构建致密核物质的场论。但由于skyrmions是数学对象--特殊类型的拓扑孤子--它们可以出现在更广泛的背景下。最近在helimagnets中观察到skyrmions，形成了有望作为信息载体的纳米级自旋纹理。这些skyrmion的长度尺度比原子间的间距大得多，它们表现得像大型的经典物体，但在它们的深处却是量子起源。深入到它们的微观根源需要一个多尺度的方法，跨越整个量子到经典领域。通过利用交换能量尺度的自然分离，我们首次在Skyrmionic莫特绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$中实现了这一点。原子从头计算结果表明，它的磁性积木强烈起伏铜$_4$四面体。这些产生了一个连续统理论与skyrmionic纹理，同意与报告的实验。它还揭示了在特定的温度和磁场范围内，skyrmions衰变为半skyrmions。理论的多尺度方法解释了强重整化的本地时刻，并预测进一步的指纹的量子起源的磁skyrmion，可以观察到在铜$_2$ OSeO $_3$，如弱色散的高能量激发与铜$_4$四面体，弱反铁磁调制的初级亚铁磁秩序，和一个分馏skyrmion相。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin wave stiffness and damping in a frustrated chiral helimagnet Co$_8$Zn$_8$Mn$_4$ as measured by small-angle neutron scattering
近年来，在具有$β-$ Mn型结构的手性立方Co-Zn-Mn化合物家族中发现了许多有趣的低温现象。特别地，Co $_8$ Zn $_8$ Mn $_4$显示出冷却时螺旋螺距的减小，以及亚稳skyrmions的晶格形状转变和由于强磁晶各向异性而表现出特有的磁织构。在这里，我们报告的helmagnon激发场极化制度Co $_8$ Zn $_8$ Mn $_4$使用自旋波小角中子散射（SWSANS）技术的温度依赖性测量。通过应用一个新的解析表达式来解释数据，在70 K和250 K之间的宽温度范围内提取了自旋波刚度和阻尼的定量估计。我们推测，它们的非平凡的温度依赖性的出现，由于Mn磁矩，这是进一步反映在交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的连续变化所产生的磁挫折的影响。
2022-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Vector vorticity of skyrmionic texture: an internal degree of freedom tunable by magnetic field
与非中心对称材料中由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用驱动的skyrmion不同，中心对称磁体中的skyrmion织构可能具有额外的内部自由度，这极大地丰富了其形貌，暗示了拓扑保护所允许的连续变形，并实现了灵活的可调性和潜在的功能性。为了更好地描述涡的内部自由度，将传统的整数标量涡推广为允许连续旋转的矢量涡。进一步简化的涡度角和螺旋度角代表了自旋空间的全部旋转自由度。具有阻挫的中心对称磁体为实现对这些内部自由度的可控操纵提供了一个完美的平台，其中磁场可以被施加以在晶体和孤立形式的skyrmionic织构中连续地调谐涡度，并且螺旋度可以进一步由电场控制。此外，模拟还揭示了与涡度调制相关的独特动力学效应，即旋转磁场可以产生直线运动来调节涡度，而控制涡度也可以调制由自旋极化电流引起的动力学。
2022-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Robust metastable skyrmions with tunable size in the chiral magnet FePtMo$_3$N
合成新的材料，可以主机磁skyrmions和他们彻底的实验和理论表征是必不可少的未来技术应用。$β$型化合物FePtMo $_3$ N是属于手性空间群$P4_132$的一种这样的新型材料，其中由于不存在反转对称性而允许反对称的Dzyaloshinkii-Moriya相互作用。本文报道了FePtMo $_3$ N的小角中子散射（SANS）测量结果，证实了其磁基态是一个长周期自旋螺旋，居里温度为222 K.磁场诱导的SANS强度的重新分布表明，在温度略低于$T_{\text C}$时，螺旋结构在$\sim$ 13~mT处转变为skyrmion晶格.我们的关键观察是，在FePtMo $_3$ N的skyrmion状态是强大的场冷却到最低温度。而且，一旦通过场冷却制备了亚稳态，即使在零场下也存在Skyrmion晶格。此外，我们发现，在FePtMo $_3$ N的skyrmion尺寸表现出高灵敏度的样品温度，并可以在120和210纳米之间连续调谐。这为手性磁体拓扑性质的控制提供了新的前景。
2020-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Strain-tunable magnetic and magnonic states in Ni-dihalide monolayers
研究了双轴和单轴应变对NiX2单层磁基态、临界温度及磁振子性质的影响，揭示了包含铁磁、螺旋磁和斯格明子相的复杂相图，并发现双二次交换相互作用及应变可调的软磁振子模式对磁性质具有显著影响。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Alignment and Pinning Effects in a Disordered Multi-Phase Skyrmion Material Co8Zn8Mn4
Skyrmion材料中的潜在无序既可以抑制又可以促进Skyrmion的重新取向和拓扑结构的变化。这些无序诱导的拓扑活性制度的识别是实现强大的skyrmion自旋电子实现的关键，但很少有研究存在无序的散装样品。在这里，我们采用小角中子散射（SANS）和微磁学模拟研究skyrmion晶格的形成，过渡和重新取向动力学的无序多晶Co $_{8}$ Zn $_{8}$ Mn $_{4}$散装样品的相空间skyrmion顺序的影响。我们的测量揭示了一个新的无序到有序的skyrmion方形晶格过渡途径，其特征在于在SANS中的四重顺序的新的促进，并伴随着系统的拓扑结构的变化，通过微磁模拟得到加强。钉扎反应被观察到占主导地位的skyrmion动态在亚稳三角晶格相，增强skyrmion稳定通过一个显着的和以前未被发现的skyrmion记忆效应再现以前的订购过程，并持续在零场。这些结果揭示了Skyrmion形成和重组动力学中各向异性和无序的相互作用，为Skyrmion操作建立了新的可调途径。
2022-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Lorentz TEM investigation of chiral spin textures and Néel Skyrmions in asymmetric [Pt/(Co/Ni)$_M$/Ir]$_N$ multi-layer thin films
利用菲涅耳模洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）研究了对称[Co/Ni] $_M$和非对称[Pt/（Co/Ni）$_M$ /Ir] $_N$多层膜中的磁畴图案。在对称的多层，其中的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用预计为零，我们观察到纯粹的布洛赫型畴壁没有首选的手征。在非对称多层膜中，存在显著的界面缺陷，我们观察到具有手性Néel畴壁的畴图案，其随着垂直场的应用而演变成亚100 nm孤立的Néel Skyrmions。层的厚度和薄膜叠层的界面上的磁性的影响进行了讨论的背景下，开发一个可调的多层系统，为未来的自旋电子应用。
2018-11-05 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
Skyrmion Lattice Phases in Thin Film Multilayer
本文通过六角序分析与软圆盘粗粒化分子动力学模拟，证明温度和磁场可调的斯格明子晶格可呈现液相到六角相的转变，是研究二维相变的理想模型系统。
2021-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Strong and tunable magnetoelectric coupling in 2D trilayer heterostructures
理论预测二维双层和三层异质结构可通过极化-极化相互作用实现强磁电耦合与 skyrmions 的电场控制，为 spintronics 设计提供新视角。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Evolution of Skyrmions in Synthetic Ferrimagnets of Co/Gd Heterostructure for Topological Spintronic Applications
National Institute of Science Education and Research (NISER)（印度科学教育研究所）；Homi Bhabha National Institute (HBNI)（霍米·巴巴国立大学）；Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali（印度科学教育研究学院莫哈利分校）；Durham University（杜伦大学）
研究通过实验和模型揭示了Co/Gd异质结中SFiM的温度依赖磁化演化，展示了Skyrmion的稳定化及磁亚晶格对磁化的影响，为拓扑自旋电子应用提供了理论基础。
2025-12-30 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
Symmetry-Driven Electrical Switching of Anisotropic Skyrmion Hall Effect in Altermagnets
School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University（山东大学物理学院晶体材料国家重点实验室）
研究通过电场调控alt磁体中非对称skyrmion霍尔效应，揭示了亚格点依赖的各向异性交换与Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，实现了无需磁场的精确可控skyrmion传输。
2026-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Robust topological surface states in skyrmion-host magnets Eu(Ga,Al)4: evidence for dual topology
Tohoku University（东北大学）；Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University（东北大学先进材料研究所）；Okinawa Institute of Science and Technology (OIST)（冲绳科学技术大学院大学）；Center for Science and Innovation in Spintronics (CSIS), Tohoku University（东北大学自旋电子学科学与创新中心）；Institute of Materials Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构物质结构科学研究所）；UVSOR Synchrotron Facility, Institute for Molecular Science（分子科学研究所UVSOR同步辐射设施）；School of Physical Sciences, The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（综合研究大学院大学自然科学研究科）
研究通过高分辨角分辨光电子能谱观测到Eu(Ga,Al)4中由体态Dirac节点线产生的鲁棒拓扑表面态，证实其双拓扑性，揭示磁序对拓扑耦合的影响。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable Cooperativity in Coupled Spin--Cavity Systems
通过外加控制参量改变自旋系统的磁态，实验研究了耦合自旋-腔系统中协同效应的可调谐性。作为模型系统，我们使用Skyrmion主体材料Cu $_2$ OSeO $_3$耦合到微波谐振腔。在不同的磁相，我们测量的谐振器和磁振子模式之间的色散耦合和模型，我们的结果，通过使用输入-输出形式主义。我们的研究结果表明，通过磁场的归一化耦合率的一个很强的可调谐性，使我们能够改变磁振子-光子的合作从1到60的skyrmion晶格态的相边界。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-value Probabilistic Computing with current-controlled Skyrmion Diffusion
本文利用电流调控斯格明子热激活扩散实现多值概率计算，演示了softmax计算与无需网络的可逆逻辑，为高可扩展概率计算提供了新途径。
2025-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
