Orbit-transfer torque driven field-free switching of perpendicular magnetization
通过电控制反转垂直磁化（PM）对于低功耗磁性随机存取存储器（MRAM）的高密度集成至关重要。虽然自旋转移矩（STT）和自旋轨道矩（SOT）技术已经被用于切换具有垂直磁各向异性的自由层的磁化，但是由于直接通过结的高电流密度，前者具有有限的耐久性，而后者需要外部磁场或非常规配置来打破对称性。在这里，我们提出并实现了轨道转移转矩（OTT），即施加转矩的磁化使用的轨道磁矩，从而证明了一种新的策略，电流驱动的PM反转没有外部磁场。由于非零Berry曲率偶极子的存在，在少层WTe 2中注入直流电，产生轨道磁矩的垂直极化，并通过改变电流极性实现极化方向的切换.在此基础上，我们构建了WTe 2/Fe 3GeTe 2异质结，实现了OTT驱动的无场确定性PM开关。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in Co/Pt(111) and Mn/W(001) magnetic bilayers from first principles
通过空间反转非对称磁体的外加电流在磁矩上感应自旋轨道力矩（SOT），这对未来的存储器件具有很大的希望。我们讨论了适用于计算无序铁磁体线性响应SOT的一般格林函数表达式。的SOT可以被分解成一个偶数和一个奇数的组件相对于磁化反转，其中在消失的障碍的限制，偶数的SOT是由恒定的Berry曲率的占用状态，而奇数部分表现出发散相对于无序强度。在此基础上，我们用第一性原理密度泛函理论计算了Co/Pt（111）和Mn/W（001）磁性双层膜中的SOT.我们发现偶数和奇数扭矩分量的大小相当。此外，奇扭矩强烈依赖于额外的覆盖层，而偶扭矩则不太敏感。我们发现，偶扭矩几乎完全介导的自旋电流相反，奇扭矩，它可以包含一个重要的贡献，而不是由于自旋转移。我们的结果与实验一致，表明我们的线性响应理论非常适合于复杂铁磁体中SOT的描述。
2014-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological linear magnetoresistivity and thermoconductivity induced by noncentrosymmetric Berry curvature
本文基于半经典玻尔兹曼形式和对称性分析，证明非中心对称贝里曲率分布可普遍诱导具有B标度行为的线性磁阻率和热电导率，并在MnBi2Te4等材料中与实验吻合，为拓扑线性磁输运提供了统一理论解释。
2023-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain Tunable Berry Curvature Dipole, Orbital Magnetization and Nonlinear Hall Effect in WSe2 Monolayer
在时间反演对称性破缺系统中，电子拓扑结构通常与Berry曲率有关，Berry曲率可以引起反常的霍尔效应.本征单层过渡金属二硫属化物具有两个不等价的K和K'谷，Berry曲率符号相反，从而消除了体系中的反常霍尔效应。在这里，我们报告的实验实现的Berry曲率在一个单一的谷单轴应变打破C3 v对称性WSe 2单分子层。因此，虽然K谷和K'谷的Berry曲率本身仍然相反，但这两个谷对非零Berry曲率偶极子的贡献是相等的。在施加电场时，出现的Berry曲率偶极子将导致面外轨道磁化，这进一步诱导对E^2具有线性响应的异常霍尔效应，称为非线性霍尔效应。利用门控技术研究了中等空穴掺杂的WSe_2单层薄膜的非线性霍尔效应的应变调制输运特性。二次谐波霍尔信号与电场呈二次函数关系，对应的轨道磁化强度单位电流密度可达60。与具有面内自旋极化的传统Rashba-Edelstein效应相比，这种电流诱导的轨道磁化沿着面外方向，从而有望实现垂直磁化的高效电开关。
2021-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Transfer Torque in Fully Insulating Magnetic Tunnel Junctions
本文从理论上研究了由磁绝缘电极构成的磁隧道结中电压驱动的自旋转移矩。与包括过渡金属铁磁体的常规磁性隧道结相比，自旋转移力矩呈现非常规的偏置依赖性，这与自旋依赖的Fowler-Nordheim隧穿过程的存在有关。特别地，我们发现（i）面外转矩通常主导面内转矩，（ii）面外转矩和面内转矩在低偏压下分别是对称的和不对称的，以及（iii）在大偏压下这两个转矩都显示出显著的增强。材料的考虑进行了讨论，我们表明，由于预期在磁性绝缘体中的低阻尼参数的自旋转移力矩可以在这样的系统中实验观察到。
2012-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum phase interference (Berry phase) in single-molecule magnets of Mn12
自旋基态为S = 10的分子团簇Mn 12的磁化强度测量表明在避免的能级交叉处存在共振隧穿。观察到的振荡的隧道概率作为沿硬各向异性轴施加的磁场的函数是由于拓扑量子相位干涉的两个隧道路径的相对绕组。Mn 12因此是呈现量子相位干涉的第二分子团簇。
2001-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pi Berry phase and Zeeman splitting of TaP probed by high field magnetotransport measurements
手征反常引起的负磁电阻和非平凡Berry相是与Weyl费米子拓扑性质相关的两个基本输运性质。本文报道了在高达31 T的磁场中，TaP单晶的量子输运。通过对我们的磁输运数据的分析，我们发现TaP具有Weyl态的特征，包括轻有效准粒子质量，载流子迁移率，以及负的纵向磁电阻。进一步推广了多频率Shubnikov-de Haas（SdH）振荡的Lifshitz-Kosevich公式，并通过量子振荡的直接拟合确定了TaP中多费米口袋Pi的非平凡Berry相位.在高磁场下，我们还探测了塞曼分裂的特征，从中提取了Landé g因子。
2015-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnon frequency renormalization by the electronic geometrical spin torque in itinerant magnets
研究了局域自旋与巡游电子相互作用系统中磁振子频率的非绝热效应。包括最低阶修正的绝热动力学的解析可解模型，适用于简单的铁磁体，如铁，钴和镍，我们发现，磁振子频率重整化所产生的电子自旋Berry曲率的几何扭矩。精确的数值模拟比较表明，我们的解析解捕获基本的低能量功能，并提供了一个机制，最近的第一性原理计算Fe中观察到的磁振子频率硬化，提供的几何扭矩被考虑在内。
2021-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Giant magnetic field from moiré induced Berry phase in homobilayer semiconductors
本研究发现同质双层过渡金属二硫族化合物中莫尔图案诱导的实空间贝里相可产生高达数百特斯拉的周期性巨磁场，其可电调控且具拓扑特性，为纳米尺度定制超高磁场提供新途径。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin torque, tunnel-current spin polarization and magnetoresistance in MgO magnetic tunnel junctions
我们研究了具有超薄MgO隧道势垒层的磁性隧道结（MTJ）的自旋转移矩（ST）响应，以研究有限偏压下自旋转移矩与隧道磁阻（TMR）之间的关系。我们发现，施加在自由层上的每单位电流的自旋扭矩减少了不到10%的偏置范围内的TMR减少超过40%。我们研究了这一结果对各种自旋极化隧穿模型的影响，发现它与磁态相关的有效隧穿衰减长度是一致的。
2005-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the switching efficiency of magnetic tunnel junctions by the fieldlike spin-orbit torque
电流感应自旋轨道转矩提供了一个通用的工具，用于切换磁性器件。在垂直磁体中，转矩的阻尼分量是磁化反转的主要驱动力。类场转矩在多大程度上有助于开关是一个有争议的问题。在这里，我们研究的磁隧道结的开关与CoFeB自由层和W或Ta的底层，其中有一个类场阻尼扭矩的比例为0.3和1，分别。我们发现，类场转矩可以帮助或阻碍切换的CoFeB时，静态面内磁场需要定义的极性自旋轨道转矩切换有一个组件横向的电流。特别地，与标准共线对准相比，可以利用场和电流的非共线对准来增加开关效率和可靠性。通过实时探测单个开关事件，我们还表明，横向磁场和类场转矩的组合可以加速或减速反转开始。我们使用微磁模拟验证我们的观察结果，并将结果外推到具有不同扭矩比的材料。最后，我们提出了设备的几何形状，利用类场扭矩的密度增加内存应用和突触的重量产生。
2022-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Hall Effect induced by Berry Curvature
Berry相和Berry曲率在物理学拓扑学的发展中发挥着关键作用，并且确实对固态系统的输运性质做出了贡献。本文报道了在拓扑材料ZrTe 5薄片中发现的新的非零霍尔效应，当面内磁场平行于和垂直于电流时。令人惊讶的是，在面内霍尔电阻率中检测到关于磁场的对称和反对称分量。进一步的理论分析表明，磁输运性质起源于倾斜Weyl半金属中Berry曲率引起的反常速度。我们的工作不仅丰富了霍尔家族，但也提供了新的见解拓扑材料中的Berry相位效应。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Berry phase of phonons and thermal Hall effect in nonmagnetic insulators
对外加磁场作用下非磁性绝缘体中声子霍尔效应的产生机理进行了理论研究。PHE在（顺）磁性化合物中是已知的，其中磁矩和自旋轨道相互作用起着重要作用。与此形成鲜明对比的是，我们在这里表明，一个非零的声学声子的Berry曲率是由一个外部磁场由于绝热Born-Oppenheimer近似的修正。这导致了微带绝缘体中有限的霍尔热导率$κ_H$。我们对一个简单模型的$κ_H$的估计给出了在$ B=10 $ [T]和$ T=150 $ [K]处的$κ_H \sim 1.0\times 10^{-5} $ [W/Km]。
2019-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppression of the fieldlike spin-orbit torque efficiency due to the magnetic proximity effect in ferromagnet/platinum bilayers
用磁致电阻谐波响应技术研究了Co $_2$ FeAl/Pt双层膜中电流感生的自旋轨道力矩，区分了类阻尼和类场贡献.通过反常的霍尔和各向异性磁阻，这是增强在低温下薄铂厚度的存在下观察到的温度依赖性的磁邻近效应。类场转矩效率随着温度的降低而稳定下降，我们建议这与磁场邻近效应对类场转矩机制的影响有关。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Torques and Anisotropic Magnetization Damping in Skyrmion Crystals
手征磁体中磁化梯度的长度尺度由相对论性的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用决定。因此，即使是传统的自旋转移扭矩控制的相对论自旋轨道耦合在这些系统中，和额外的相对论修正电流引起的扭矩和磁化阻尼成为重要的电流驱动的磁化动力学的完整理解。本文从理论上研究了立方手征磁体中反应性和耗散性的均匀自旋轨道矩以及各向异性阻尼对电流驱动Skyrmion动力学的影响。我们的研究结果表明，自旋轨道力矩起着显着的作用，电流诱导的skyrmion速度。耗散的自旋轨道力矩在skyrmions上产生相对论性的马格努斯力，而反应性的自旋轨道力矩产生对沿电流方向的漂移速度和与马格努斯力相关的横向速度的校正。自旋-轨道力矩对速度的修正与skyrmion尺寸成线性关系，与自旋-轨道耦合成反比。因此，反应性自旋轨道力矩修正可以是与非相对论贡献相同的数量级。更重要的是，耗散自旋轨道扭矩可以是主导力，导致偏转运动的skyrmions，如果扭矩表现出线性或二次关系的自旋轨道耦合。此外，我们证明了skyrmion速度是由各向异性磁化阻尼参数所决定的skyrmion的大小。
2013-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved detection of spin-transfer-driven ferromagnetic resonance and spin torque measurement in magnetic tunnel junctions
近几年来，一些实验技术被引入磁性隧道结（MTJ）中，试图测量自旋转移力矩。自旋力矩对偏置的依赖性对于理解磁性器件中的基本自旋物理和应用是重要的。然而，以前的技术只提供了间接的测量扭矩和他们的结果，迄今为止的偏置依赖性是定性和定量不一致的。在这里，我们表明，自旋扭矩的MTJ可以直接测量使用时域技术来检测响应于振荡自旋扭矩的共振磁进动。该技术是准确的高偏置制度相关的应用程序，因为它直接检测小角度线性响应的磁动力学所造成的自旋扭矩，它是相对免疫影响竞争技术的文物。在高偏压下，我们发现自旋力矩矢量显着不同于通常假设的简单的最低阶泰勒级数近似。
2010-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adjustable spin torque in magnetic tunnel junctions with two fixed layers
我们已经制造了纳米级磁性隧道结（MTJ），在标准MTJ结构的磁性自由层上方添加了额外的固定磁性层。这充当自旋极化电子的第二来源，其取决于两个固定层的相对对准而增大或减小施加于自由层上的净自旋扭矩。该化合物结构允许从隧穿电子和电子通过金属间隔层的自旋扭矩的定量比较，以及焦耳自热效应的分析。这对于利用自旋扭矩的电流切换磁性随机存取存储器（MRAM）和自旋扭矩有害的磁感测具有重要意义。
2005-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Berry curvature induced thermopower in type-I and type-II Weyl Semimetals
贝里曲率的作用类似于动量空间中的磁场，它改变了载流子的流动和熵。这在Weyl半金属中引起了一些有趣的磁电和磁热输运现象。%，包括平面霍尔效应和平面能斯特效应。在这里，我们探讨的Berry曲率和轨道磁化的热势倾斜I型和II型外尔半金属的影响，使用半经典玻尔兹曼输运形式主义。我们分析计算的完整的磁导率矩阵，并使用它来获得不同方向的磁场$(B)$，相对于倾斜轴的热功率矩阵。我们发现，Weyl节点的倾斜诱导线性磁场项的电导率矩阵，以及在热电势矩阵。当沿倾斜轴施加$B$场时，线性$B$项出现在塞贝克系数中。在垂直于倾斜轴的平面中施加磁场导致二次$B$平面能斯特效应、线性$B$面外能斯特效应和二次$B$塞贝克系数校正。
2019-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of transition-metal spacers on the spin-orbit torques, spin Hall magnetoresistance, and magnetic anisotropy of Pt/Co bilayers
我们研究了在Pt/Co界面处插入0.5 nm厚的间隔层（Ti，V，Cr，Mo，W）对自旋轨道力矩、霍尔效应、磁电阻、饱和磁化强度和磁各向异性的影响。我们发现，阻尼样的自旋轨道扭矩大幅减少，为所有样品与间隔层相比，参考Pt/Co双层，一致的原子自旋轨道耦合常数的间隔元件相对于Pt的相反符号。对于等电子的3d、4d和5d元素，除了V具有比Cr更强的影响之外，阻尼类扭矩的减小与原子序数单调。类场自旋轨道扭矩几乎消失的所有间隔层，无论其组成，这表明该扭矩主要起源于Pt/Co界面。异常霍尔效应、磁阻和饱和磁化强度也都显著降低，而薄层电阻在存在间隔层的情况下增加。最后，我们证明了自旋轨道力矩的幅度，自旋霍尔类磁阻，和垂直磁各向异性之间的相关性。这些结果突出了重金属/铁磁系统的磁输运性质的显着影响的重金属/铁磁间隔层。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay of voltage control of magnetic anisotropy, spin transfer torque, and heat in the spin-orbit torque switching in three-terminal magnetic tunnel junctions
我们使用三端磁性隧道结（MTJ）设计的无场开关的自旋轨道转矩（SOTs），系统地研究了双电压脉冲对开关性能的影响。我们表明，SOT脉冲和MTJ偏置脉冲的并发动作允许降低临界开关能量低于典型的自旋转移扭矩的水平，同时保持在亚ns时间尺度上切换MTJ的能力。通过执行直流和实时电气测量，我们歧视和量化的MTJ偏置所产生的三个影响：电压控制的垂直磁各向异性，电流感应加热，和自旋转移扭矩的变化。实验结果得到了微磁学模型的支持。我们观察到，取决于脉冲持续时间和MTJ直径，不同的效果带头协助SOTs在磁化反转过程中。最后，我们提出了一个紧凑的模型，允许评估的影响，由于MTJ偏置的关键开关参数的每个效果。我们的研究结果提供了输入，以优化开关的三端设备作为时间，尺寸和材料参数的函数。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering spin-orbit torque in Co/Pt multilayers with perpendicular magnetic anisotropy
为了解决尺寸减小的自旋电子器件的热稳定性问题，我们研究了具有强垂直磁各向异性的Co/Pt多层膜中的自旋轨道力矩。注意，自旋-轨道力矩是由来自每个Co层的顶部和底部界面的自旋电流的全局不平衡引起的。通过插入Ta或Cu层来加强自顶向下的不对称性，可以在不损害垂直磁各向异性的情况下极大地修改自旋-轨道扭矩效率。最重要的是，效率随着层数的增加而增加，从而在多层结构中同时实现稳健的热稳定性和高自旋轨道扭矩效率。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-shot dynamics of spin-orbit torque and spin transfer torque switching in three-terminal magnetic tunnel junctions
电流感生自旋转移力矩（STT）和自旋轨道力矩（SOT）使得非易失性磁性随机存取存储器中的磁性隧道结（MTJ）能够电切换。为了开发更快的存储器器件，需要改进电流驱动磁化动态下的时间尺度。在这里，我们报告的全电时间分辨测量由SOT驱动的三端MTJ器件的磁化反转。电流注入过程中的MTJ电阻的单次测量显示，SOT开关涉及一个随机的两步过程，包括域成核时间和传播时间，这具有不同的成因，时间尺度，和统计分布相比，STT开关。我们进一步表明，SOT，STT，和电压控制的磁各向异性（VCMA）的组合导致可再现的子ns开关的累积开关时间小于0.2 ns的扩展。我们的测量揭示了SOT，STT和VCMA在确定MTJ器件的开关速度和效率方面的综合影响。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonance Measurement of Nonlocal Spin Torque in a Three-Terminal Magnetic Device
在非局域自旋阀内产生的纯自旋电流可以对纳米磁体施加自旋转移力矩。这种非局部转矩使得磁存储器件的新设计方案成为可能，该磁存储器件不需要在可能遭受电击穿的隧道势垒上施加大电压。在这里，我们报告了一个定量测量的非本地自旋扭矩使用自旋扭矩驱动的铁磁共振。我们的测量结果与自旋输运的有效电路模型的预测吻合得很好。基于这个模型，我们提出了优化非局部扭矩强度的策略。
2012-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric coupling, Berry phase, and Landau level dispersion in a biased bilayer graphene
研究了横向电场和磁场作用下石墨烯双层膜的能谱。我们发现，由此产生的朗道能级表现出非单调依赖的电场，以及许多水平交叉。这种行为是解释使用准经典量子化规则，适当地考虑到赝自旋的准粒子。赝自旋产生Berry相，这导致能量量子化的移动，并导致赝塞曼效应。后者依赖于电场，在两个谷之间符号交替，并且还减小带隙。其他赝自旋相关的量，如异常霍尔电导率的解析公式，推导和以前的理论工作相比。
2010-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin motive force by the momentum-space Berry phase in magnetic Weyl semimetals
本文揭示磁性Weyl半金属中磁进动通过动量空间Berry相产生无磁化梯度的自旋动电力，展示拓扑电子态与磁动力学的非平凡耦合。
2022-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Widely Tunable Berry curvature in the Magnetic Semimetal Cr1+dTe2
磁性半金属已经越来越多地成为在真实和动量空间中承载基于自旋的拓扑现象的有利可图的平台。特别令人感兴趣的是贝里曲率的出现，它的几何起源，霍尔传输实验的可访问性和材料的可调性，预示着新的物理和实用设备。Cr1+dTe2，自插层磁性过渡金属二硫属化物，TMD，表现出有吸引力的自然属性相关的应用，包括拓扑磁性，可调电子填充，磁挫折等，而最近的研究已经探讨了这种材料的实空间Berry曲率效应，缺乏类似的考虑动量空间Berry曲率。在这里，我们系统地研究了外延Cr 1 + dTe 2薄膜的电子结构和输运性质在很宽的掺杂范围内，d在0.33和0.71之间。光谱实验揭示了在布里渊区边缘附近存在一个特征性的半金属带区，其显示出作为d的函数的刚性带样能量位移。输运实验表明，反常霍尔效应的本征分量AHE是相当大的，并且在d上经历符号翻转。最后，密度泛函理论计算建立了观察到的掺杂演变的能带结构和AHE之间的因果关系：AHE符号翻转出现从贝瑞曲率的符号变化，作为半金属带区域交叉费米能量。我们的研究结果强调了磁TMD中动量空间Berry曲率的相关性，并为真实和动量空间中的拓扑物理交织提供了一个独特的平台。
2022-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetoelectric torque in polar magnetic bilayers
Key Laboratory of Quantum Materials and Devices of Ministry of Education, School of Physics, Southeast University（东南大学物理学院量子材料与器件教育部重点实验室）
本文提出通过纯电场实现极性磁性双层中磁化方向快速切换的铁电扭矩机制，为自旋电子器件提供了一种新的高效切换方法。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant Magnetochiral Anisotropy in Weyl-semimetal WTe2 Induced by Diverging Berry Curvature
本文在 Weyl 半金属 WTe2 中发现费米能级靠近 Weyl 点时磁手性各向异性显著增强，最大品质因数达体材料最高值，并证明其源于 Weyl 点处发散的 Berry 曲率。
2022-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optics of massless Kane fermions: Role of the flat band and unusual Berry phase
在临界镉掺杂的碲镉汞有一个散装分散体，其中包括两个线性锥满足在一个单一的点在零能量，相交的近平带，类似于pseudospin-1狄拉克-外尔系统。在有限磁场的存在下，这些能带凝聚成高度简并的朗道能级。我们用凯恩模型数值计算了这种材料的频率依赖的磁光和零场电导率。计算结果与最近的实验测量结果吻合较好。我们讨论了在一般赝自旋-s模型的磁光的平带和分裂峰的签名，并提出该系统表现出非π量子化的Berry相，在最近的理论工作中发现。
2015-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Synchronization of spin torque oscillators through spin Hall magnetoresistance
自旋力矩振荡器放置在一个重金属上，由于自旋霍尔磁阻效应的耦合，显示出同步的自振荡。在这里，我们研究了一个系统有两个自旋力矩振荡器的自旋霍尔转矩的影响下，并表明，切换外部电流的方向，使我们能够控制相位差的同步同相和反相之间。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.AO
Influence of nonuniform magnetization reorientation on spin-orbit torque measurements
在铁磁/双金属多层膜中的自旋-轨道力矩的测量通常基于这样的假设，即整个铁磁层均匀地响应于自旋-轨道力矩。当铁磁层的厚度与动态交换耦合长度相当时，这种假设就不成立了，动态交换耦合长度在某些测量几何形状中可以短到几纳米。不均匀的磁化重取向与每个磁性子层对磁阻或克尔效应的不均匀贡献相耦合，可能会影响自旋轨道扭矩外推的准确性，特别是如果使用厚铁磁层的话。在本文中，我们使用数值模型来调查这样的影响在三个不同的技术：磁光克尔效应的方法，二次谐波方法和自旋力矩铁磁共振方法。结果表明，二次谐波和磁光克尔效应方法容易受到非均匀磁化重取向的影响，而自旋矩铁磁共振方法受到的影响较小.
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Biased quasi ballistic spin torque magnetization reversal
我们探讨了磁存储单元超快自旋力矩诱导磁化反转的基本时限。利用时间分辨的磁输运方法检测了自旋力矩电流脉冲激励下的自旋力矩进动和自旋力矩脉冲激励后的自由进动磁化振铃。使自旋扭矩激励脉冲的持续时间适应自旋扭矩进动周期允许抑制磁化振铃，从而相干控制磁化的最终取向。在存在难磁化轴偏置场的情况下，这种相干控制使得能够通过直接从初始到反向平衡态的单个旋进转动来实现最佳超快、准弹道自旋扭矩磁化反向。
2008-04-30 cond-mat.mtrl-sci
From colossal to zero: Controlling the Anomalous Hall Effect in Magnetic Heusler Compounds via Berry Curvature Design
自从发现反常霍尔效应（AHE）以来，人们一直认为当没有净磁化时，反常霍尔电导率（AHC）为零。然而，最近发现的内在AHE和Berry曲率之间的关系预测其他的可能性，如一个大的AHC在非共线反铁磁体没有净磁化，但净Berry曲率。反之亦然，AHE原则上可以被调谐到零，而不管有限磁化。在这里，我们通过实验研究这种可能性，并证明，Heusler磁体的对称元素可以改变，使Berry曲率和所有相关的属性被切换，同时保持磁化不受影响。这使得我们能够在保持磁化强度不变的情况下，将AHC从0 Ω-1cm-1调谐到1600 Ω-1cm-1，异常霍尔角高达12%。我们的研究表明，AHC可以通过选择性地改变Berry曲率分布来控制，而与磁化无关。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Hard Magnetic Topological Semimetals in XPt3: Harmony of Berry Curvature
拓扑磁性半金属，如Co_3Sn_2S_2和Co_2MnGa，具有奇异的输运性质，如由于未补偿的Berry曲率而产生的大的内禀反常（AHE）。高度对称的XPt 3化合物显示出反交叉的带隙节线，这是本征Berry曲率霍尔效应的驱动机制。独特的是，这些化合物包含两套有间隙的节线，和谐地主导贝里曲率在这个复杂的多频带系统。我们通过最先进的第一原理电子结构计算出CrPt 3的最大AHE为1965 S/cm。我们已经通过磁控溅射生长了高质量的薄膜，并在不同的溅射生长条件下测量了1750 S/cm的鲁棒AHE。此外，立方相薄膜的硬磁轴沿[111]方向。这些材料的简易和可扩展的制造是集成到拓扑器件中的主要候选者。
2020-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of spin wave driven magnetic texture motion via magnonic torques
自旋波与磁织构的相互作用反映了磁系统中快、慢动力学部分之间的信息交换。在这里，我们制定了一套磁转矩作用于背景的磁性纹理，通过提取的时间不变的信息，从快速旋进的自旋波。在磁振子矩框架下，我们利用理论公式和微磁学模拟研究了两种典型的自旋破缺情况下自旋波驱动的畴壁运动：由Dzyaloshinkiii-Moriya相互作用破缺的旋转对称性和由磁阻尼破缺的平移对称性.基于扭矩的微观分析提供了紧凑而定量的工具，重新解释自旋波引起的磁织构动力学，超越了传统的全球动量守恒的框架。
2022-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Scaling of Berry-curvature monopole dominated large linear positive magnetoresistance
线性正磁电阻效应是拓扑材料中广泛存在的一种现象，在拓扑自旋电子学中具有潜在的应用前景。然而，其作用机制尚不明确，因此其效果是不可控的。在这里，我们报告了一个定量的缩放模型，相关的LPMR与Berry曲率，铁磁Weyl半金属CoS 2的基础上，承担最大的LPMR超过500%，在2开尔文和9特斯拉，在已知的磁性拓扑半金属。在这个系统中，存在的质量外尔节点附近的费米能级，理论计算表明，作为贝里曲率单极子和低有效质量载流子。基于Weyl图像，我们提出了一个关系式\[\text{MR}=\frac{e}{\hbar }B{{Ω}_{\text{F}}}\]，其中B为外加磁场，\[{{Ω}_{\text{F}}}\]为费米面附近的平均Berry曲率，并进一步将温度因子引入到MR/B斜率（单位场MR）和反常霍尔电导率中，建立了模型与实验测量之间的联系.载波线性减速的清晰图像，即，在k空间Berry曲率和实空间磁场的共同作用下，证明了LPMR效应。我们的研究不仅首次提供了Berry曲率诱导LPMR的实验证据，而且对拓扑Dirac/Weyl系统中大Berry曲率MR的磁传感和信息存储的功能设计具有重要意义.
2022-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Berry phase of magnons in textured ferromagnets
研究了具有拓扑非平凡磁化剖面的铁磁体中磁振子的能谱。在对应于铁磁物质亚稳态的不均匀磁化的情况下，自旋波运动方程获得规范势，导致磁振子沿闭合轮廓传播的Berry相。磁各向异性的影响是至关重要的贝里阶段：我们表明，各向异性抑制其幅度，这使得贝里阶段在某些情况下可观察到的，类似于Aharonov-Bohm效应的电子。例如，它可以在介观环中传播的自旋波的干涉中观察到。我们讨论了磁畴壁对铁磁环中干涉的影响，并提出了一些具有一定磁化几何形状的实验。我们还证明了非零平均拓扑场作用于磁振子就像均匀磁场作用于电子一样。它导致了拓扑场中磁振子谱的量子化。
2005-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization dynamics driven by angle-dependent spin-orbit spin transfer torque
自旋-轨道自旋转移力矩允许通过面内电流有效地控制磁化。最近的实验发现，自旋-轨道力矩对磁化角具有很强的依赖性[Garello等人，Nature Nanotechnol. 8，587（2013）; Qiu等人，Sci. 4，4491（2014）]。我们从理论上研究了由角度相关的自旋轨道力矩引起的垂直磁化层中的磁化翻转和畴壁运动。我们得到了开关电流和畴壁速度的解析表达式，与数值结果一致。基于这些表达式，我们发现自旋-轨道矩随磁化极角的增加对反转和畴壁运动都是有利的。我们的结果将作为指导设计和解释开关和畴壁实验的基础上自旋轨道扭矩。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Sub-Nanosecond Switching of Perpendicular Magnetization by the Field-like Spin-Orbit Torque without an External Magnetic Field
从理论上研究了类优势场自旋轨道力矩对均匀磁化的小器件的磁化翻转的影响。我们表明，对于一定范围的比率（0.23-0.55）的Slonczewski的类场转矩，它是可以确定性地切换磁化，而不需要任何外部辅助场。脉冲长度的精确控制是不必要的，但脉冲边缘锐度是关键的。通过微磁模拟，数值验证了所提出的开关方案在器件中的有效性。无辅助场的开关对于自旋-轨道力矩在磁存储器中的应用具有重要意义。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Boosting spin-orbit torque efficiency in spin-current generator/magnet/oxide superlattices
磁性材料的有效操纵对于自旋电子学至关重要。在自旋电流发生器/磁体双层中，每磁性层厚度的自旋-轨道转矩的效率与磁性层厚度成反比，导致在具有大磁性层厚度的应用中的相当大的功率增加。在这里，我们开发了一个3D自旋轨道材料方案，其中自旋力矩效率可以显着提高堆叠[自旋电流发生器/磁体/氧化物]n超晶格，与氧化物层打破反转对称。相比之下，自旋力矩减少[自旋电流发生器/磁铁]n超晶格缺乏反转对称性破缺。这些结果推进磁多层膜中的自旋轨道力矩的理解，并建立自旋电流发生器/磁体/氧化物超晶格作为开发高能效，高耐久性和高密度自旋电子存储器和计算的有利砖块。
2022-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Berry curvature derived negative magnetoconductivity observed in type-II magnetic Weyl semimetal films
本研究通过测量EuCd$_2$Sb$_2$薄膜的磁输运，发现Berry曲率导致的场线性项可解释正磁电阻率驼峰，并在倾斜Weyl锥下产生负磁导率，扩展了Berry曲率在磁输运中的作用。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetization dynamics with a spin-transfer torque
采用微磁学模拟方法研究了横向尺寸为64 $\times$ 64 nm $^2$的自旋阀柱在自旋转移矩作用下的磁化反转和动力学行为.自旋力矩既具有磁阻尼（或反阻尼）的特性，又具有有效磁场的特性。对于稳态电流，M-I和M-H磁滞回线都表现出独特的特征，包括多次跳跃、不寻常的平台和岁差状态。这些状态源于吉尔伯特阻尼引起的能量耗散与自旋电流提供的自旋力矩引起的能量积累之间的竞争。即使对于稳态电流，磁能也作为时间的函数振荡。对于脉冲电流，实现电流驱动的磁化反转的自旋扭矩的最小宽度和幅度的定量确定。自旋力矩也显示出非常有趣的热激活，这是从根本上不同于普通的阻尼效应。
2003-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Berry curvature-induced intrinsic spin Hall effect in light-element-based CrN system for magnetization switching
针对磁化翻转器件依赖重金属的问题，本文发现轻元素基CrN体系存在可观自旋霍尔效应，通过第一性原理计算与实验验证其本征自旋霍尔电导率及翻转电流密度，证明其电荷-自旋转换效率较高，为磁化翻转提供新体系。
2025-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Role of Berry phase theory for describing orbital magnetism: From magnetic heterostructures to topological orbital ferromagnets
我们解决的自旋电子学的轨道磁化的现代理论的重要性。基于全电子第一性原理方法，我们证明了常规使用的“原子中心”近似的预测能力仅限于元素块状铁磁体等材料，而轨道磁化的现代理论的应用在化学或结构不均匀的系统中是至关重要的，例如磁性薄膜，以及在倒易和实空间中表现出非平凡拓扑结构的材料，例如，陈式绝缘体或非共线系统。我们发现，现代理论是特别重要的一类材料，我们建议在这里$-$拓扑轨道铁磁体描述磁性。
2016-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Laser-induced torques in spin spirals
利用\textit{ab-initio}计算方法研究了具有自旋螺旋结构的非共线铁磁体中的激光感应力矩。由于自旋螺旋可以用来近似的磁化梯度局部畴壁和skyrmions，我们的方法可以用来获得激光诱导的扭矩在这样的对象从多尺度的方法。采用广义布洛赫定理，我们得到的电子结构计算效率。我们采用我们的方法来评估bcc Fe，hcp Co，和L $_{1}0$ FePt的自旋螺旋磁结构时，施加的激光诱导扭矩。我们发现，在这些磁非共线系统中的激光诱导扭矩可能是数量级大于相应的磁共线系统中的那些，并且它们存在的线性和圆偏振光。这一结果表明，由非共线磁序或磁涨落驱动的激光感生力矩可能对超快磁过程有重要贡献。
2021-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Critical current density of a spin-torque oscillator with an in-plane magnetized free layer and an out-of-plane magnetized polarizer
基于宏观自旋模型，研究了面内磁化自由层和面外磁化极化层的自旋力矩振荡器在面内形状各向异性场（$H_{\rm k}$）和外磁场（$H_{\rm a}$）作用下的自旋力矩感生磁化动力学.得到了OP旋进临界电流密度（$J_{\rm c1}$）的严格解析表达式。所获得的表达式成功地再现了[D]中报道的实验获得的$J_{\rm c1}$的$H_{\rm a}$依赖性。Houssameddine $et$ $al$ .，Nat.板牙. 6，447（2007）]。
2016-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Non-relativistic torque and Edelstein effect in noncollinear magnets
本研究证明非共线磁体无需自旋轨道耦合即可产生Edelstein效应和电流诱导力矩，其强度与传统自旋轨道力矩相当，且可存在于绝缘材料中，为高效电控磁序提供新途径。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Unified theory of magnetization dynamics with relativistic and nonrelativistic spin torques
自旋力矩对现代自旋电子器件的工作性能起着至关重要的作用。为了研究电流驱动的磁化动力学，提供自旋极化电流作用的自旋力矩项以前经常以唯象的方式添加到描述局部自旋动力学的Landau-Lifshitz-Gilbert方程中，但没有从基本原理推导出来。在这里，从狄拉克-科恩-沙姆理论出发，并结合非局域自旋输运，我们严格推导出出现在电流驱动的磁化动力学的各种自旋力矩项。特别是，我们得到了一个扩展的磁化动力学方程，精确地包含非相对论绝热和相对论非绝热自旋转移力矩（STTs）的Berger和Zhang-Li的形式，以及相对论自旋轨道力矩（SOTs）。此外，我们推导出一个以前未注意到的相对论性自旋力矩项，并表明，各种获得的自旋力矩项不出现在相同的数学形式中的自旋动力学的Landau-Lifshitz和Landau-Lifshitz-Gilbert方程。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques induced by interface-generated spin currents
通过自旋-轨道耦合产生的磁转矩保证了高能效的自旋电子器件。控制这些扭矩对于应用程序非常重要，以便在没有外部磁场的情况下切换具有垂直磁化的薄膜。一种建议的方法使用磁性三层，其中可以通过改变底层的磁化来操纵顶部磁性层上的扭矩。在底部磁性层或其界面中产生的自旋电流穿过间隔层并对顶部磁化施加扭矩。在这里，我们展示了无场开关在这样的结构，并将其归因于一个新的自旋电流在底层和间隔层之间的界面处产生的。测得的扭矩有一个明显的依赖底层的磁化，这是一致的界面产生的自旋电流，但不是预期的散装效果。这种另一种界面产生的自旋轨道力矩将使自旋电子器件的能量有效控制成为可能。
2017-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic switching by spin torque from the spin Hall effect
自旋霍尔效应（SHE）在磁性材料内产生自旋电流。以前，对SHE的研究主要是为了了解其基本起源和规模。在这里，我们证明，使用测量和建模，在Pt/Co双层垂直磁各向异性的SHE可以产生足够强的自旋转移力矩，有效地旋转和可逆地切换的Co磁化，从而提供了一个新的策略来理解SHE和操纵磁铁。我们认为，SHE扭矩可以有类似的强烈影响电流驱动的磁畴壁运动在Pt/铁磁体多层膜。我们估计，在优化的器件中，SHE扭矩可以使用与通过常规自旋扭矩切换操作的磁性隧道结中的电流相当的电流来切换磁矩，这意味着SHE可以使磁存储器和逻辑器件具有类似的性能，但比现有技术更简单的架构。
2011-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Space Berry Phases in Chiral Magnets: Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and the Charge of Skyrmions
电子在相空间x=（R，k）中的半经典运动受到由6分量矢量势A=（A^R，A^k）描述的Berry相的影响。在手性磁体中，Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用诱导缓慢变化的磁纹理（螺旋和skyrmion晶格），其中A的所有分量都很重要，有效地诱导混合位置和动量空间中的曲率。我们表明，光滑的纹理和弱自旋-轨道耦合相空间的Berry曲率确定DM相互作用，并给予重要的贡献的电荷。用从头算方法计算了MnSi中DM相互作用的强度，并估算了Skyrmions的电荷。
2013-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Calculation of Gilbert damping and magnetic moment of inertia using torque-torque correlation model within ab initio Wannier framework
本文在从头算Wannier框架内，利用扭矩-扭矩关联模型计算了Fe、Co、Ni的Gilbert阻尼和磁惯性矩，并提出了计算扭矩矩阵元的新方法，与实验和先前研究对比验证了其有效性。
2024-01-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Orthogonal Geometry of Magneto-Optical Kerr Effect Enabled by Magnetization Multipole of Berry Curvature
本研究提出正交MOKE几何结构，可同时探测垂直于坡印廷矢量的磁化分量的幅度与方向，其物理机制源于磁化空间中贝里曲率的多极结构，为磁光测量开辟新范式。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
