Disorder-induced chirality in superconductor-ferromagnet heterostructures revealed by neutron scattering and multiscale modeling
European Spallation Source ERIC（欧洲散裂源）；Instituto de Física, Universidade de São Paulo（圣保罗大学物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文学系）；Faculdade de Física, Universidade Federal do Pará（帕拉联邦大学物理学院）；Jülich Centre for Neutron Science for Quantum Materials and Collective Phenomena (JCNS-2), Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心于利希中子科学量子材料与集体现象中心）；Division of Synchrotron Radiation Research, Lund University（隆德大学同步辐射研究部）；Ernst Ruska-Centre (ER-C 2), Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心恩斯特·鲁斯卡中心）；Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）
研究通过中子散射和多尺度建模揭示了FePd异质结构中由 disorder 引起的 chirality，发现化学无序和组分梯度是产生净 chirality 的内在来源。
2026-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Chirality-selective topological magnon phase transition induced by interplay of anisotropic exchange interactions in honeycomb ferromagnet
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Nantong University（南通大学）
研究发现，通过Dzyaloshinsky-Moriya相互作用和伪偶极相互作用的复杂相互作用，在蜂窝铁磁体中诱导出手性选择性的拓扑磁子相变，伴随体隙关闭和重新打开，以及能带反转，为磁子热霍尔电导率的符号变化提供了新的操控方法。
2025-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic spin distribution and perpendicular magnetic anisotropy in the layered ferromagnetic semiconductor (Ba,K)(Zn,Mn)$_{2}$As$_{2}$
用X射线磁性圆二色性测量方法研究了新铁磁半导体（Ba，K）（Zn，Mn）$_{2}$ As $_{2}$的垂直磁各向异性。通过将Stoner-Wohlfarth模型拟合到投影磁矩的磁场角度依赖性，推导出具有0.85 T各向异性场的大磁各向异性。横向XMCD光谱突出了Mn 3 $d$电子的各向异性分布，其中$d_{xz}$和$d_{yz}$轨道比$d_{xy}$状态更少占据，这是因为由伸长的MnAs $_{4}$四面体引起的$D_{2d}$分裂.研究表明，磁各向异性源于自旋沿$z$方向排列时，费米能级上$p$ - $d_{xz}$、$d_{yz}$杂化态的简并提升以及自旋-轨道耦合产生的能量增益.
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chirality and Rashba-related effects in the spin texture of a 2D centro-symmetric ferromagnet: the case of CrI3 bilayer
最近发现的二维磁性半导体如CrI $_3$由于其奇异的自旋相关性质以及在自旋电子学和磁光电子学中的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。采用第一性原理密度泛函理论计算，研究了具有垂直磁化强度的CrI $_3$的中心对称铁磁双层模型中动量空间中自旋极化织构的性质. FM双层膜在其最高价带处显示出丰富的面内自旋织构。我们发现，在建立面内自旋织构时，存在两种不同的自旋倾斜效应，这是由于FM阶数与结构手征性和电极化的强度的耦合。第一种效应是由层堆叠的手性和价态的自旋轨道极化性质产生的，并且在两个层上产生相同的倾斜。第二个效应是一个Rashba相关的效果，在一个中心对称的铁磁体在一个单一的电子状态诱导两个相反的自旋倾斜的组件上的两个层。此外，使用FM双层作为一个例子，我们提供的一般规则施加的磁空间群对称性的自旋极化矢量，作为指导方针的自旋织构的形状在布里渊区的磁性晶体。最后，我们证明了上述效应可以有效地用于操纵自旋织构通过压缩应变，这导致在FM双层价带边缘态与倾斜的自旋。
2022-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of novel two-dimensional rare-earth material with room-temperature ferromagnetism and large perpendicular magnetic anisotropy
具有高居里温度和大垂直磁各向异性的新型二维铁磁体在现代自旋电子学中有着广阔的应用前景，但同时具有高居里温度和大垂直磁各向异性的二维铁磁体却鲜有报道。基于密度泛函理论（DFT），预测了一种新的二维铁磁材料GdB 2N 2，它具有大磁矩、高居里温度（335 K）和大的垂直磁各向异性（10.38 meV/f. u.）.在-0.5%至5%的双轴应变范围内，施加不同浓度的电荷载流子掺杂，以揭示居里温度和磁各向异性能（MAE）的影响。此外，GdB_2N_2的磁耦合过程符合Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）机制。综上所述，我们的工作预示了一种新型的二维稀土材料GdB 2N 2，它不仅丰富了二维室温铁磁体的种类，而且提出了将传统二维材料与稀土材料相结合以获得更有趣的磁性的新可能性，最终为下一代自旋电子器件和传感器开辟了道路。
2022-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic microscopy of topologically protected homochiral domain walls in an ultrathin perpendicularly magnetized Co film
下一代固态存储器件的概念是基于电流驱动的畴壁传播，其中畴壁速度决定器件性能。结果表明，畴壁的运动速度和运动方向受畴壁的性质及其手征性的控制。这种手性是由于铁磁体和重金属之间的界面处缺乏反转对称性而产生的效应，导致可以控制磁畴壁的形状和手性的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。在这里，我们提出了直接成像的域壁在Pt/Co/AlO $_x$膜使用洛伦兹透射电子显微镜，证明存在的同手性，从而拓扑保护，Néel墙。这样的畴壁是用于密集数据存储的良好候选者，使位大小下降到接近畴壁宽度的极限。
2015-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the perpendicular anisotropy of ferromagnetic films by thickness, width, and profile
垂直磁各向异性被发现是高度敏感的标称厚度和形态的横向异质CoPd膜附近的金属绝缘体过渡。我们利用该效应通过具有不均匀横截面厚度轮廓的光刻图案化条纹的宽度来调整各向异性。该现象和方法可适用于通过自旋电子逻辑电路元件的形状和横向尺寸来控制自旋电子逻辑电路元件的局域各向异性。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin injection from perpendicular magnetized ferromagnetic $δ$-MnGa into (Al,Ga)As heterostructures
研究了铁磁材料$δ$ -MnGa在（Al，Ga）As p-i-n发光二极管（LED）中的电自旋注入。$δ$层显示出强的垂直磁晶各向异性，使得能够在不施加磁场的情况下检测剩磁处的自旋注入.自旋注入的偏压和温度依赖性被发现是定性类似于铁基自旋LED器件。在横向磁场中观察到Hanle效应，并证明半导体中的自旋完全去极化。
2006-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous spin chirality reversal and competing phases in the topological magnet EuAl$_4$
通过共振X射线散射和群论分析，揭示了EuAl4中四个磁相的单k调制、自旋密度波共存、磁螺旋手性自发反转及对称性降低至极性单斜的机制。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Direct Quantification of Molecular Helicity-Dependent Effective Magnetic Fields in Chiral Polypeptide/Ferromagnet Heterostructures
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯古腾堡大学）；Helmholtz Institute Mainz（美因茨亥姆霍兹研究所）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）；GSI Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung GmbH（德国重离子研究中心亥姆霍兹有限公司）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
该研究在混合分子/铁磁多层膜中，通过绝缘间隔层证实手性诱导长程磁相互作用，利用MOKE显微镜直接量化手性多肽对铁磁层的对映体依赖有效磁场，建立了CISS相关效应的实验基准。
2026-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Field-free spin-orbit torque-induced switching of perpendicular magnetization at room temperature in WTe2/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道矩（SOT）是实现电荷-自旋转换的有效方法，它可以改变垂直磁化强度，这对于设计新型高能效自旋电子器件至关重要。面外SOT可以直接切换垂直磁化。令人鼓舞的是，最近报道了二维（2D）材料WTe 2/铁磁体（FM）双层的无场垂直磁化翻转，但工作温度（200 K）低于室温。在这里，我们报告的无场垂直磁化翻转在室温下进行的WTe 2/Pt/Co/Pt多层膜。受控实验证实了无场开关是由Pt/Co/Pt多层膜中产生的面内反阻尼SOT和a轴WTe 2薄膜中产生的面外反阻尼SOT引起的。这项工作为在室温下使用二维材料制成的自旋电子器件提供了一种潜在的方法。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Fe$_{5-x}$Ge$_2$Te$_2$ -- A new exfoliable itinerant ferromagnet with high Curie temperature and large perpendicular magnetic anisotropy
具有高居里温度和大垂直磁各向异性等内禀磁性的层状范德华（vdW）晶体是自旋电子器件发展和应用的关键。铁磁vdW金属Fe_（3-x）GeTe_2（FGT）由于其高的T_c（220 K）和强的PMA而近年来受到关注。在这里，我们介绍了一种新的金属vdW铁磁体，Fe 5-xGe 2 Te 2或FG 2 T，这是成功地合成和充分表征。FG 2 T是一种铁磁有序金属，在250 K（大块和单晶薄片）具有非常尖锐的转变，并显示出大的PMA，如实验和计算研究所发现的。这项工作使新的异质结器件与近室温的能力，通过使用FG 2 T作为自旋注入器。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicularly Polarized Spin Hall Effects Induced by Spin-Dependent Scattering in Ferromagnetic Metals
铁磁体中的自旋电流提供了不同的功能。我们研究了铁磁金属中磁性杂质散射的非本征自旋霍尔效应。我们表明，自旋相关的散射可以提供一个高的自旋电流极化垂直于磁化方向，是一个主导的机制，在中等电导率制度。我们发现自旋守恒通道和自旋翻转通道的叠加导致了自旋流的产生。这些发现表明，优化合金成分是控制自旋霍尔效应的有效策略。
2022-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chirality-induced linear response properties in non-coplanar Mn$_3$Ge
以非共线反铁磁六方Heusler化合物Mn $_3$ Ge为参考系，研究了手征共面和非共面自旋组态对线性响应现象的贡献.轨道矩，X射线吸收，反常和自旋霍尔效应，以及相应的自旋轨道扭矩和Edelstein极化的研究取决于一个连续变化的极角相对于Kagome平面的角共享三角形之间的非共线反铁磁和铁磁限制。通过将光速从相对论性狄拉克情形缩放到非相对论性极限，可以通过抑制自旋轨道耦合来识别手性诱导或拓扑贡献。
2019-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Domain wall nucleation in ferromagnetic nanowire with perpendicular magnetization stimulated by stray field of V-shaped magnetic particle
利用微磁学方法模拟了由垂直各向异性纳米线和位于纳米线上的面内各向异性V形纳米颗粒组成的铁磁平面结构中畴壁成核和钉扎/脱钉扎过程.根据粒子磁矩的方向，研究了该系统在外磁场中的磁化反转特性。讨论了基于这种系统的磁逻辑单元（LC）的可能变体。
2017-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Anomalous temperature dependence of phonon pumping by ferromagnetic resonance in Co/Pd multilayers with perpendicular anisotropy
我们证明了在一系列的[Co（0.8 nm）/Pd（1.5 nm）] $_n$多层膜（$n =$ 6，11，15，和20）与大磁致伸缩和垂直磁各向异性的铁磁共振声子泵。使用宽带铁磁共振的温度范围内（10至300 K），其中观察到的共振阻尼增强在对应于整个多层的驻波声子的频率的效果。这种效应的强度在10 K下与室温相比增强约4倍，这在磁致伸缩的温度依赖性预测小于2倍的增强的意义上是异常的。最后，我们证明了阻尼增强与线性响应理论定量预测的铁磁共振场的位移相关。
2021-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance study of composite Co/Ni - FeCoB free layers with perpendicular anisotropy
研究了具有垂直各向异性的复合自由层的性质。自由层由通过可变间隔物（Ta、W、Mo）铁磁耦合到非常各向异性的[Co/Ni]多层的软FeCoB层制成，所述[Co/Ni]多层体现在用于自旋扭矩存储器应用的磁性隧道结中。为此，我们使用宽带铁磁共振遵循复合自由层在面内和面外施加场的声和光激发的场依赖性。该模型提供了层间交换耦合，各向异性和阻尼因子。流行的Ta间隔物的性能优于W，甚至更优于Mo，其结合了最强的层间交换耦合，而不牺牲各向异性，阻尼因子和输运性质。
2016-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Current-Induced Instability of a Perpendicular Ferromagnet in Spin Hall Geometry
我们发展了两个铁磁体存在时自旋霍尔力矩的理论公式。虽然传统的自旋霍尔转矩的方向总是指向面内方向，但是本系统能够通过改变另一磁化的方向来操纵作用于一个磁化的转矩方向。基于自旋积累的扩散方程和朗道公式，导出了自旋霍尔力矩的解析表达式。本模型提供了一种利用自旋霍尔效应在零场确定性地切换垂直铁磁体的解决方案。
2016-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Curvature induced modifications of chirality and magnetic configuration in perpendicular magnetized films
本研究通过实验和模拟证明，在Co/Pd垂直磁化薄膜中引入曲率可诱导DMI并改变磁畴构型，增强Néel型畴壁稳定性，为三维赛道存储器和神经形态计算器件设计提供新策略。
2025-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torque switching of perpendicular magnetization in ferromagnetic trilayers
在铁磁三层中，自旋-轨道诱导的自旋电流可以具有自旋极化，其方向偏离自旋霍尔效应的方向。最近，铁磁三层膜中的磁化翻转被提出并被实验证实。在这项工作中，我们从理论上和数值上研究了铁磁三层中垂直磁化翻转所需的翻转电流。我们证实，倾斜的自旋极化，使场自由确定性开关在较低的电流比传统的自旋轨道扭矩或自旋转移扭矩开关，提供了一种可能性，高密度和低功率的自旋轨道扭矩设备。此外，我们提供了一个任意的自旋极化方向的开关电流的解析表达式，这将是有用的设计自旋-轨道扭矩设备和解释自旋-轨道扭矩开关实验。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange coupling of a perpendicular ferromagnet to a half-metallic compensated ferrimagnet via a thin hafnium interlayer
一个薄的哈夫里膜被示出作为锰在0.7 nm的厚度的有效的扩散阻挡层，并作为一个有效的交换耦合层的三明治结构与垂直磁各向异性。磁性层是Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$和低磁矩亚铁磁体Mn $_2$ Ru $_x$ Ga（MRG）。在MRG的补偿温度下，耦合变号，最薄的Hf中间层的交换能达到0.11 mJm $^{-2}$。钌是在薄膜异质结构中耦合铁磁层的常用金属，由于Ru的相互扩散，不能与零矩半金属MRG一起使用。由于MRG在补偿附近具有较大的矫顽磁力，因此可以作为交换钉扎的有效来源。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic rogue wave in a perpendicular anisotropic ferromagnetic nanowire with spin-transfer torque
研究了铁磁纳米线中自旋波背景下电流控制下的动态孤子运动。利用较强的呼吸子特征，得到了新的磁异常波，并阐明了其形成机制。磁异常波的产生主要是能量和磁振子向中心聚集的结果。我们还观察到自旋极化电流可以控制包络孤子与背景之间的磁振子交换速率，并解析地得到了临界电流条件。更有趣的是，自旋转移力矩在低于和高于临界值的情况下起着完全相反的作用。
2011-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical condition for switching the magnetization in a perpendicularly magnetized ferromagnet via the spin Hall effect
推导了利用自旋霍尔效应实现铁磁体垂直磁化切换的阈值电流的理论公式。的Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，磁化切换时实现的电流的存在下的磁化的稳态解是一个能量不稳定的区域之外。在此基础上，通过对不稳定态的一阶微扰的分析，建立了阈值电流的解析理论。该解析式阐明了施加在电流方向上的磁场的大小应大于垂直磁各向异性场的15%，且电流小于导出的阈值。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-plane to perpendicular magnetic anisotropy switching in heavily-Fe-doped ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb with high Curie temperature
利用室温铁磁共振技术，研究了（001）取向的高居里温度（Tc > 320 K）铁磁半导体（Ga 0.7，Fe 0.3）Sb层的磁各向异性随厚度d的增加而从面内向垂直转变.我们发现，沿[001]方向的总MA能量（E）改变其符号从正（面内）到负（垂直）随着增加d以上的有效临界值\mathrm{d}_\ mathrm{C}^ \mathrm{*} \ ~ 42 nm。我们发现（Ga，Fe）Sb在薄膜平面内具有二重对称性。同时，在与包括面内[110]轴的膜垂直的平面中，随着d的增加，沿[110]的与易磁化轴的二重对称变为与易磁化轴的四重对称<001>。这种特殊的行为是不同的（Ga，Mn）As，其中只有面内MA取决于膜的厚度，并具有四重对称性，由于其占主导地位的立方各向异性沿<100>轴。这一工作为高温超导体（Ga，Fe）Sb的易磁化轴的控制提供了重要的指导。
2019-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic domain structure and dynamics in interacting ferromagnetic stacks with perpendicular anisotropy
利用Kerr显微镜研究了具有垂直各向异性的相互作用铁磁Co/Pt多层膜中磁化反转时磁畴结构随时间和场的变化。大的局部不均匀静磁场有利于镜像畴结构和畴装饰相反的磁化环。这些静磁相互作用的长程性质甚至在零施加场中也产生超慢动力学，即，它影响长时域稳定性。由于这种附加的相互作用场，短磁场脉冲下的磁化反转与众所周知的慢动力学行为明显不同。也就是说，在高场，已观察到的耦合较硬层的磁化反转更迅速地由畴壁运动比单独的软层。
2006-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Above 400 K Robust Perpendicular Ferromagnetic Phase in a Topological Insulator
拓扑绝缘体（TI）在时间反演对称性破缺下出现的量子反常霍尔效应（QAHE）表现出许多迷人的物理性质，在纳米电子学和自旋电子学中具有潜在的应用前景。然而，在过渡金属掺杂的TI中，迄今为止唯一实验证明的QAHE系统，在实际相关温度下失去了效果。该约束由相对低的居里温度（Tc）和与随机磁性掺杂剂相关联的固有自旋无序施加。在这里，我们展示了大幅增强的Tc交换耦合TI到Tm3Fe5O12，一个高Tc的磁性绝缘体与垂直磁各向异性。在400 K时，TI表面态获得强铁磁性的特征是明显的平方反常霍尔磁滞回线。点接触Andreev反射光谱证实了TI表面确实是自旋极化的。在高温下的QAHE的发生，大大增强的Tc，自旋无序的情况下，和垂直各向异性都是必不可少的。
2017-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Indirect excitation of self-oscillation in perpendicular ferromagnet by spin Hall effect
从理论上研究了利用自旋霍尔效应在垂直磁化铁磁体中激发稳定自振荡的可能性。已经表明，这种自振荡不能仅仅通过自旋霍尔效应的直接自旋力矩来稳定。这里，我们考虑在自由层上添加另一个铁磁体，称为钉扎层。被钉扎层通过自旋电流的反射提供另一自旋扭矩。研究表明，当被钉扎层的磁化强度偏离薄膜平面时，附加自旋力矩将激发出稳定的自激振荡。
2017-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Chirality-induced effective magnetic field in a phthalocyanine molecule
有机分子中的手征性在化学、生物学和自旋电子学领域引起了相当大的关注。本文报道了手性酞菁分子PbPc-DTBPh（P）-或（M）-PbPc-DTBPh）与MgO（001）组成的多层膜的垂直磁化磁滞回线。我们发现一个手性依赖的滞后回线的移位。与先前报道的偏置电流诱导的现象不同，该结果显示在体系中没有偏置电流的情况下，酞菁分子中存在手性诱导的有效磁场。这项研究为手性分子自旋电子学的发展开辟了一个新的方向。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance linewidth in ultrathin films with perpendicular magnetic anisotropy
具有垂直磁各向异性（PMA）的过渡金属铁磁膜具有比诸如纯铁（Fe）和坡莫合金（NiFe）薄膜的软磁材料大一个数量级的铁磁共振（FMR）线宽。利用宽带铁磁共振装置研究了PMA掺杂Ni $|$ Co多层膜中线宽增强的原因。对于垂直施加的场，FMR线宽线性地依赖于频率，并且当磁化旋转到膜平面中时显著地增加。用氦离子辐照薄膜，降低了PMA和PMA参数的分布。这导致面内磁化的FMR线宽大大减小。这些结果表明，在PMA的波动导致一个大的两个磁振子散射贡献的线宽面内磁化，并建立吉尔伯特阻尼增强，在这样的材料（$α\approx 0.04$，相比于$α\approx 0.002$纯Fe）。
2009-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
MgO barrier-perpendicular magnetic tunnel junctions with CoFe/Pd multilayers and ferromagnetic insertion layers
研究了在CoFe/Pd多层电极的MgO势垒磁性隧道结（MTJ）中插入铁磁层（Co20 Fe 60 B20或Fe）对隧道磁电阻（TMR）特性的影响。退火温度为200 ℃时，CoFeB/MgO/Fe叠层MTJ的TMR率达到67%，当退火温度超过250 ℃时，TMR率迅速下降。TMR比的降低可能与B扩散到Pd层中导致CoFe（B）晶化为fcc（111）或bcc（011）织构有关。在沉积底部CoFe/Pd多层膜后在350 ℃下原位退火的MTJ在Ta =200 ℃下退火后显示出78%的TMR比率。
2009-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature ferromagnetism of monolayer chromium telluride with perpendicular magnetic anisotropy
在二维（2D）系统中实现长程磁有序化可能会彻底改变下一代信息技术。在这里，我们报告的晶体Cr 3 Te 4单层室温铁磁性的成功制造。采用分子束外延技术，在较低的衬底温度（~ 100 ℃）下生长了单层厚度的二维Cr 3 Te 4薄膜，与Si CMOS工艺兼容。X射线磁性圆二色性测量揭示了具有面外磁易轴的Cr 3 Te 4单层的居里温度（Tc）为~344 K，对于具有面内易轴的较厚的膜（~ 7 nm），居里温度降低到~240 K。通过密度泛函理论计算，将铁磁耦合和磁各向异性转变的增强归因于界面效应，特别是单层Cr 3 Te 4/石墨界面处的轨道重叠.这项工作揭示了具有室温铁磁性的2D非层状材料的低温可扩展生长，用于新的磁性和自旋电子器件。
2021-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Current-driven domain wall motion along ferromagnetic strips with periodically-modulated perpendicular anisotropy
利用微磁学模拟方法，对具有空间调制垂直磁各向异性的铁磁条上磁畴壁的动力学进行了理论研究。具有各向异性的周期性磁层轮廓的铁磁层描绘了一组定义明确的能量最小值，其中在没有外部刺激的情况下，壁被钉扎，并且有利于畴壁的单向传播。沿这些棘轮状系统的电流驱动的畴壁运动的性能进行比较的字段驱动的情况下。我们的研究表明，电流驱动的畴壁运动表现出显着的改善相对于场驱动的情况下，在移位速度和存储密度，因此，它是建议开发新的设备。这些电流驱动的棘轮装置的可行性研究通过现实的微磁模拟和支持的一维模型更新，以考虑到周期性锯齿各向异性配置文件。最后，电流驱动的畴壁运动也评估系统中的三角形调制的各向异性设计，以促进双向移位的一系列的墙壁，一个功能，不能实现的磁场。
2018-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Coupling, Topology, and Chirality by Antimagnons in Magnetic Multilayer
本研究提出2D-SSH4类SSH二维模型，通过反磁振子重构磁振子系统能带拓扑，实现可调自旋波耦合与手性，解释铁磁多层膜拓扑表面态起源，为拓扑磁振子器件提供设计框架。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic domains in thin ferromagnetic films with strong perpendicular anisotropy
我们研究了具有强单轴各向异性且易磁化轴垂直于薄膜平面的铁磁薄膜的基态能量和最佳畴模式的标度。从完整的三维微磁模型出发，我们确定了从单畴过渡到多畴基态，如气泡或迷宫图案发生的临界缩放。此外，我们分析了能量的渐近行为，在两个制度分开的过渡。在单畴区，能量$Γ$ -收敛到一个更简单的二维和本地模型。在第二个政权，我们推导出的最小能量的标度，并推导出一个典型的域大小的标度律。
2017-02-07 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.AP
Field-free perpendicular magnetization switching of low critical current density at room temperature in TaIrTe4/ferromagnet heterostructures
该研究在垂直磁化 TaIrTe4/Pt/Co/Pt 器件中，利用低对称二维 Weyl 半金属产生的 z 自旋极化电流，实现室温零磁场确定性翻转，临界电流密度低至约 2.64×10^5 A cm^-2。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Lack of simple correlation between switching current density and spin-orbit torque efficiency of perpendicularly magnetized spin-current generator/ferromagnet heterostructures
自旋-轨道转矩可以驱动磁性层的电切换。在这里，我们报告说，至少对于微米尺寸的样品，阻尼类自旋轨道扭矩（dampinglike spin-orbit torque）（damping-DL ^j）的效率和垂直磁化的自旋电流发生器/铁磁体异质结构的临界开关电流密度之间没有简单的相关性。我们发现，在畴壁脱钉分析中，基于开关电流密度的ε_DL ^j的值可以被低估或高估ε_DL^j达数十倍，而在基于开关电流密度的宏自旋分析中，ε_DL^j可以被高估达数千倍。当比较自旋电流发生器的相对强度时，临界开关电流密度本身是一个很差的预测因素。
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin Hall effect in 3d ferromagnetic metals for field-free switching of perpendicular magnetization: A first-principles investigation
本文通过第一性原理研究3d铁磁金属中自旋轨道耦合驱动和非相对论两种自旋霍尔机制，揭示其自旋霍尔电导率与温度、成分的关系，并证明可利用3d铁磁金属实现垂直磁化的无外磁场确定性翻转。
2025-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Strain tunability of perpendicular magnetic anisotropy in van der Waals ferromagnets VI3
具有高矫顽力的层状铁磁体在电子电路中的纳米级存储元件中具有特殊的应用，例如数据存储。因此，寻找新的硬铁磁体并有效地调节或提高磁性是当今层状磁体研究的热点。在这里，我们报告的应变调谐垂直磁各向异性范德华（vdW）铁磁体VI 3使用磁性圆二色性测量。对于未应变的薄片，M-H曲线显示具有垂直磁各向异性和大的矫顽力（在10 K时高达1.775 T）的矩形磁滞回线。在10 K下，当面内应变为2.9%时，材料的矫顽力最大可达2.6 T.我们的DFT计算表明，磁各向异性能（MAE）可以显着增加后，施加在平原拉伸应变，这有助于在VI 3薄片的磁性增强。同时，具有相似晶体结构的CrI 3的结晶度的应变可调谐性是有限的。其主要原因是与Cr ~（3+）相比，V ~（3+）在Ⅵ 6八面体中具有较强的自旋-轨道耦合。VI 3薄片的应变可调谐性突出了其集成到VDW异质结构中的潜力，为未来的纳米自旋电子器件和应用铺平了道路。
2022-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Collective modes for an array of magnetic dots with perpendicular magnetization
计算了磁矩与阵列平面垂直的正方形平面阵列磁点磁矩集体振荡的色散关系。考虑了外磁场垂直于阵列平面的存在以及单点的单轴各向异性。考虑了所有磁矩平行的铁磁态和棋盘形反铁磁态。色散关系产生关于阵列的不同状态的稳定性的信息。存在一个临界磁场，低于该临界磁场铁磁状态不稳定。反铁磁态对于足够小的磁场是稳定的。当波矢的值接近零时，色散关系是非解析的。非平凡的范霍夫异常也发现了铁磁和反铁磁状态。
2010-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion-like states in multilayer exchange coupled ferromagnetic nanostructures with distinct anisotropy directions
我们报道了在垂直磁化的Co/Pt多层膜交换耦合的涡旋态的Co纳米盘组成的图案化铁磁纳米结构中的磁Skyrmion态的实验观察。的磁力显微镜和微磁学模拟表明，取决于在这些系统中的Co/Pt垂直各向异性的大小，实现了两种不同模式的skyrmion形成。
2014-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Quantized spin waves and perpendicular standing spin waves stimulated by current in a single-layered ferromagnetic wire
射频（RF）电流的整流效应在空间自旋分布和动力学方面是高度敏感的。出现了由直流（DC）电流刺激的额外自旋波模式，并且该自旋波可通过RF电流的整流来检测。提出了一个描述含时各向异性磁电阻或含时平面霍尔效应的唯象模型，并与实验结果进行了比较。伴随附加自旋波的非线性自旋动力学被研究为RF和DC电流、外部磁场和所施加的场方向的函数。
2008-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic mixed Bloch-Néel character and chirality switch of skyrmions in asymmetric epitaxial trilayer
在铁磁和非磁性材料的交替原子层组成的系统中，手性磁化结构的稳定和操纵方面的最新进展有望在自旋电子学技术中实现创新。系统的低维度促进了自旋轨道驱动的界面效应，如反对称Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions）和表面磁各向异性，其相对强度可以被调节以实现具有固定手性的稳定纳米尺寸的磁性物体。虽然在大多数情况下，这是通过工程复杂的多层堆叠，其中层间偶极场变得重要，我们在这里考虑一个简单的外延三层，其中的铁磁体，具有可变的厚度，嵌入在重金属和石墨烯之间。后者增强了系统的垂直磁各向异性，促进了Rashba型自旋，并且可以维持很长的自旋扩散长度。我们使用一个层分辨的微磁模型（LRM）来描述的磁化纹理和他们的手征。我们的结果表明，对于厚度大于3.6 nm的Co，具有逆时钟手征的本征混合布洛赫-内尔特征的skyrmion在整个（单个）Co层中稳定。值得注意的是，对于大于5.4 nm的厚度，skyrmion切换其手性，从逆时针到顺时针。
2019-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Creation of Skyrmions in Ferromagnetic Films with Perpendicular Anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
该研究通过蒙特卡罗模拟理论分析了特定铁磁薄膜中斯格明子的热产生，发现高温助力其形成且降温可冻结为规则晶格，还揭示了其拓扑性质及窄磁场下能量低于迷宫磁畴的特性。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation mechanisms of magnetic bubbles in an M-type hexaferrite: the role of chirality reversals at domain walls
我们通过洛伦兹显微镜研究了M型六角铁氧体中磁泡的形成机制。当磁场垂直施加到BaFe $_{12-x-0.05}$ Sc $_x$ Mg $_{0.05}$ O $_{19}$（$x = 1.6$）的薄样品上时，出现了被认为是畴壁手性反转的布洛赫线，并且当磁条在这些布洛赫线处被夹断时形成磁泡。在BaFe $_{12-x-0.05}$ Sc $_x$ Mg $_{0.05}$ O $_{19}$中，随着Sc含量的增加，布洛赫线的数目增加，这可能是由于磁各向异性的降低。Lorentz显微镜观察表明，具有高静磁能的布洛赫线可能在磁泡的形成中起重要作用。
2020-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Tuning perpendicular magnetic anisotropy in the MgO/CoFeB/Ta thin films
理解铁磁金属/氧化物界面的磁各向异性是一个基础和有趣的课题。本文提出了一种通过改变MgO/CoFeB/Ta薄膜中MgO的厚度来控制垂直磁各向异性（PMA）强度的方法。我们确定，PMA在MgO/CoFeB界面的块状MgO层的晶体结构的调谐和显着降低，由于晶体MgO形成的发病与MgO厚度的增加。我们的工作开辟了一条途径来操纵磁各向异性的铁磁金属/氧化物界面的修改。
2014-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial giant tunnel magnetoresistance and bulk-induced large perpendicular magnetic anisotropy in (111)-oriented junctions with fcc ferromagnetic alloys: A first-principles study
研究了一系列由$L1_1$有序面心立方铁磁合金和MgO势垒沿[111]方向构成的磁性隧道结的隧道磁电阻效应和磁晶各向异性。基于第一性原理计算，考虑不同$L1_1$合金的（111）取向MTJ，计算了它们的TMR比和磁晶各向异性。分析表明，具有Co基合金（CoNi、CoPt和CoPd）的MTJ具有超过2000 $\%$的高TMR比。这些MTJ具有能量上有利的Co-O界面，其中在费米能级周围形成Co $d$和O $p$状态之间的界面反键。我们发现，反键态的共振隧穿，称为界面共振隧穿，是获得高TMR比的起源。磁晶各向异性的计算表明，许多$L1_1$合金具有大的垂直磁各向异性（PMA）。特别地，CoPt具有最大的各向异性能值$K_{\rm u} \approx 10\,{\rm MJ/m^3}$。我们进一步进行微扰分析的PMA的自旋轨道相互作用，并揭示了大PMA在CoPt和CoNi主要来源于自旋守恒的费米能级附近的微扰过程。
2021-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Ferromagnetic van der Waals CrX3 (X=Cl, Br, I) Monolayers with Enhanced Anisotropy and Curie Temperature
在最近广泛研究的范德瓦尔斯层状磁体CrX_3（X=Cl，Br，I）中，CrCl_3单层（ML）特别令人困惑，因为它仅由实验表明具有面内磁易磁化轴，而且，所有以前的第一性原理计算结果都与此相矛盾。通过系统的第一性原理计算，揭示了CrCl 3 ML的面内易磁化轴是由其面内形状各向异性决定的.为了将CrCl3 ML的面内铁磁性调整为所需的垂直铁磁性，我们提出用等价钨（W）取代Cr。发现CrWCl_6具有很强的垂直磁各向异性，居里温度高达76 K。我们的工作不仅提供了深入了解范德华ML的二维铁磁性，但也揭示了新的光工程纳米器件的性能。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Rhombic Fermi surfaces in a ferromagnetic MnGa thin film with perpendicular magnetic anisotropy
具有$L1_0$结构的Mn $_{1-x}$ Ga $_x$（MnGa）是具有强垂直磁晶各向异性的铁磁材料。虽然MnGa薄膜已经成功地外延生长，并研究了各种自旋电子器件，其电子结构的基本理解仍然缺乏。为了解决这个问题，我们研究了$L1_0$ -MnGa薄膜，使用角分辨光电子能谱（ARPES）。我们在$k_x$ - $k_y$平面上观察到一个大的菱形费米面与相邻的费米面重叠。的$k_z$依赖的能带结构表明，通过ARPES观察到的带色散来自由$\sqrt{2} \times \sqrt{2}$重建折叠的MnGa的三维能带结构。菱形费米面角上的能带色散形成了一个具有弱$k_z$依赖性的电子袋。从ARPES图像中估算了拐角附近穿过费米能级的能带的有效质量和迁移率。根据实验结果，讨论了MnGa基异质结中所观察到的能带结构与自旋相关性质之间的关系。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Switching of Perpendicular Ferromagnets by Higher harmonics of Spin-orbit Torque in Noncentrosymmetric Weyl Semimetals
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
本文通过自旋轨道扭矩的高次角谐波，在保持面内镜像对称的系统中实现了垂直铁磁体的无场确定性翻转，并在非中心对称外尔铁磁体PrAlGe中通过第一性原理计算验证了该机制。
2026-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Numerical simulation of magnetization process in antiferromagnetic ferromagnetic bilayer with compensated interface
利用海森堡哈密顿量的自洽平均场近似，研究了反铁磁双层膜的性质。在具有补偿界面的双层膜中发现了垂直交换耦合。对于均匀的反铁磁薄膜，由于在一定的外磁场临界值下，反铁磁薄膜内部产生横向不稳定性，因此计算出对称的磁滞回线。另一方面，对于由多个与易磁化各向异性轴方向垂直的畴组成的非均匀反铁磁薄膜，在有限交换偏置场作用下，得到了位移磁滞回线.
2005-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Magnetocaloric effect at the reorientation of the magnetization in ferromagnetic multilayers with perpendicular anisotropy
本研究针对具有垂直各向异性的双铁磁材料交换耦合多层膜，分析旋转磁场下磁化重取向的磁热效应，预测完美耦合熵变，发现层厚与畴壁宽度同量级时所需磁场比非耦合情况低一个数量级。
2023-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Current-driven dynamics of chiral ferromagnetic domain walls
在大多数铁磁体中，磁化从一个域旋转到下一个域，没有优先旋向性。然而，破缺的反转对称性可以提升手征简并性，通过Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）导致拓扑丰富的自旋纹理，如自旋螺旋和skyrmions。在这里，我们表明，在重金属和氧化物之间夹着的双金属铁磁体，双金属稳定手性畴壁（DW）的自旋纹理，使非常有效的电流驱动的运动。我们发现，自旋霍尔效应的自旋力矩驱动DW在相反的方向在Pt/CoFe/MgO和Ta/CoFe/MgO，这可以解释只有当DW假设一个Néel配置与左手手性。我们直接确认DW的手征性和刚性通过检查电流驱动的DW动力学与磁场施加垂直和平行于自旋螺旋。这项工作解决了有争议的实验结果的起源，并突出了一个新的途径，界面设计的自旋电子器件。
2013-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction at an oxide/ferromagnetic metal interface
我们报告的研究在氧化物/铁磁金属（FM）界面，即BaTiO 3（BTO）/CoFeB的垂直磁各向异性（PMA）和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（ESTA）。由于BTO膜的功能特性和精确控制其生长的能力，我们能够区分氧化物终止（TiO 2与BaO）的主导作用，从BTO膜中的铁电极化的适度影响，在PMA和PMA在氧化物/FM界面。结果表明，BaO-BTO/CoFeB结构的界面磁各向异性能比TiO 2-BTO/CoFeB结构的界面磁各向异性能大2倍，而TiO 2-BTO/CoFeB结构的界面磁各向异性能更大。我们通过第一性原理计算解释了所观察到的现象，认为这是由于氧化物/铁磁金属界面费米能级附近的不同电子态以及不同的自旋翻转过程造成的.这项研究为进一步研究PMA和PMA在各种氧化物/FM结构，从而在有前途的节能器件领域的应用铺平了道路。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance and spin Hall magnetoresistance of Tm3Fe5O12 films
本文针对自旋电子学应用中垂直磁各向异性铁磁绝缘薄膜的需求，通过铁磁共振研究不同厚度TmIG薄膜的磁参数，建立其与厚度的关系，并从异质结构磁电阻测量中获得自旋相关参数，为相关器件设计提供支撑。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci
