Tunable skyrmion crystals and topological quantum oscillations in magnetic metals
Skyrmion是一种空间局域的磁性漩涡，它带有非零整数拓扑电荷。我们在二维铁磁体模型中研究了由反转对称破缺引起的手征相互作用下的Skyrmions晶体。我们发现，非线性四次模耦合项允许对称性增强塞曼场范围内的skyrmion晶体相保持稳定。此外，它导致在这个宽的场范围内的该自旋晶体的晶格常数的显著依赖性。传导电子耦合到这样一个可调自旋晶体示出的经验与塞曼场变化的贝里通量密度。这种可调谐的skyrmion晶体提供了一个独特的实现贝里-霍夫施塔特蝴蝶，导致一种现象，我们称之为“拓扑量子振荡”的电子态密度和相关的可观测量。
2021-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nonlinear emergent elasticity and structural transitions of skyrmion crystal under uniaxial distortion
出射晶体是“出射粒子”的周期性排列，即，原子或其电荷/自旋/轨道的局部集体行为。这些在各种系统中广泛观察到的新物质状态可能会在机械力下变形，其弹性与底层材料的弹性截然不同。然而，它们在强磁场下的非线性和临界行为迄今尚不清楚。本文采用三种不同的方法，从理论上研究了单轴变形下Skyrmion晶体（SkX）的非线性弹性和结构转变。在适当的磁场条件下，在中等拉伸下，SkX表现为韧性材料，具有负交叉弹性刚度和负涌现泊松比。在强应变下，我们观察到最多六个相变，导致出现四个新的新兴晶体，是晶体亚稳。当受到外部载荷时，涌现晶体在全球范围内旋转，其组成“粒子”具有无限的变形能力，这使得它们具有奇异的多态性。
2018-12-15 cond-mat.mes-hall
Tunable Skyrmions in a Topological Wigner Crystal
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Rutgers, The State University of New Jersey（新泽西州立罗格斯大学）；The University of Tennessee（田纳西大学）
该研究通过拓扑维格纳晶体的赝自旋相互作用模型，揭示了铁磁海森堡交换J与手性相互作用γ的竞争可稳定密度随γ/J连续调节的零场斯格明子晶体，明确了铁磁拓扑维格纳晶体的相图。
2026-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Low-temperature, in situ tunable, uniaxial stress measurements in semiconductors using a piezoelectric actuator
我们演示了使用压电致动器，在低温下，单轴应力限制在一个调制掺杂的AlAs量子阱的二维电子系统的平面。通过施加应力，这可以在原位和连续调谐，我们控制的能量和职业的导带极小值和电子系统的电子特性。我们还报告了在300，77和4.2 K的致动器的纵向和横向应变与偏压的测量。在300和77 K下观察到明显的滞后，而在4.2 K下，应变几乎是线性的，并且随着施加的偏压显示出非常小的滞后。
2004-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tunable Emergent Gauge Fields from Skyrmions in a Quasicrystalline Lattice
Department of Physics and Astronomy, The University of Tennessee（田纳西大学物理与天文学系）；Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos, CONICET, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata（拉普拉塔国立大学精确科学学院液体与生物系统物理研究所，阿根廷国家科学研究委员会）；Departamento de Ciencias Básicas, Facultad de Ingeniería, UNLP（拉普拉塔国立大学工程学院基础科学系）；Neutron Scattering Division and Shull-Wollan Center, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室中子散射处和舒尔-沃兰中心）；Centro Atómico Bariloche and Instituto Balseiro, CNEA（巴里洛切原子中心巴尔塞罗研究所，阿根廷核能委员会）；Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)（阿根廷国家科学研究委员会）；Instituto de Nanociencia y Nanotecnología CNEA-CONICET（CNEA-CONICET纳米科学与技术研究所）
研究二维准晶晶格中磁性斯格明子，利用含特定相互作用和外场的经典海森堡模型，通过斯格明子间排斥与准周期钉扎势竞争，实现对拓扑电荷和规范场的控制，可场控调节霍尔电导率，为准晶磁体用于磁存储等提供可能。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Magnetic Vortex with Skyrmionic Core in Thin Nanodisk of the Chiral Magnets
利用微磁学方法和蒙特卡罗模拟，在具有Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用和单轴各向异性的手征磁铁薄纳米盘中获得了一种具有Skyrmionic核和一系列圆形自旋条纹的涡旋自旋织构。通过控制盘的大小，可以连续地调节Skyrmion核的大小。而且，在一定的盘尺寸下，即使没有外加磁场和热涨落的帮助，这种涡旋态也可能是自发基态。此外，单轴各向异性能够稳定这种涡旋自旋织构。我们预期，目前的工作将激发进一步的实验研究探索自旋结构。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall
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
3D Analytical Model of Skyrmions and Skyrmion-like Structures in a Two-sublattice Antiferromagnet with Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
建立了描述具有单轴磁各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的双子格反铁磁体中Skyrmion和类Skyrmion磁结构的解析模型.在反铁磁体中，当Skyrmion速度小于自旋波速度时，证明了亚临界情形下Skyrmion尺寸沿运动方向的相对论收缩。在反铁磁体中，类Skyrmion磁结构以大于自旋波速度运动时，发现了类洛伦兹超临界转变。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque-driven motion, deformation, and instabilities of magnetic skyrmions at high currents
在手征磁体中，自旋极化的电流可以使局部拓扑磁旋（即磁skyrmion）运动。随着电流强度的增加，考虑到自旋电子学应用的高速skyrmion运动的前景，孤立的skyrmion变形远离其典型的圆形形状。我们分析了自旋转移力矩对单个Skyrmion形状的影响，包括其稳定性，当外加电流的强度急剧增加时。对于相当紧凑的skyrmion在单轴各向异性远高于临界各向异性畴壁形成，我们发现高电流密度的skyrmion假设一个非圆形的形状与尾巴，让人想起一个流星。对于更大，因此更软的skyrmions接近临界各向异性，反过来，我们观察到一个临界电流密度以上的skyrmions变得不稳定。我们表明，在第二临界电流密度以上，这些skyrmions也可以恢复流星溶液。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall 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
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
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
Tunable Magnetic Skyrmions in Ferrimagnetic Mn$_4$N
亚铁磁性Mn $_4$薄膜是具有磁性skyrmions的候选材料，其热稳定性高达450 $^\circ$ C。然而，在这个系统中还没有观测到Skyrmion的实验报告。本文讨论了在MgO衬底上溅射生长15-17 nm Mn $_4$ N薄膜的结果，衬底上覆盖Pt $_{1-x}$ Cu $_{x}$层。振动样品磁强计测量的面外磁滞回线证实，磁性能是不敏感的盖层组合物。当Cu浓度从$x$ = 0增加到0.9时，基于磁力显微镜测量的成像观察到300至50 nm大小的skyrmions。通过密度泛函理论计算，发现界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iH 2）遵循一种趋势：Mn $_4$ N/MgO（001）$<$ Cu/Mn $_4$ N（001）$<$ Pt/Mn $_4$ N（001）.我们从这些计算中推断，Pt $_{1-x}$ Cu $_{x}$覆盖层中的$x$可以充当鲁棒的调谐旋钮，以调整iDMI并控制skyrmion大小。这项工作为在Mn $_4$ N薄膜中实现更小的Néel型skyrmions提供了指导，这是构建热稳定skyrmionic器件的重要一步。
2021-10-30 cond-mat.mes-hall
Chiral skyrmion states in non-centrosymmetric magnets
非中心对称磁性晶体中存在手性Skyrmion态，这是由于不对称交换Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用破坏了均匀的磁性状态，通常导致扭曲的无公度磁性自旋结构。最近，在具有非中心对称立方B20晶体结构的手征螺旋磁体的磁性层中观察到了Skyrmion晶格和自由Skyrmion。这些态的稳定性和它们的变换性质令人印象深刻地说明了理论预测的这些手性二维局域自旋态的孤子性质。本文主要研究了六角Skyrmion晶格中立方螺旋磁网的数值严格解。它证明和扩展以前的近似解决方案，使用圆细胞近似（CCA）的计算的自由能的Skyrmion晶格。本文的理论结果提供了一个全面的描述skyrmion晶格演化中施加的磁场和/或在存在单轴，立方和交换各向异性。本文将磁化强度固定模量M=常数的低温唯象理论应用于手征磁体的磁态。
2014-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Phenomenology of current-induced skyrmion motion in antiferromagnets
本文研究了在外加磁场中，存在Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的单轴薄膜反铁磁体中电流驱动的skyrmion运动.我们唯象地包括弛豫和电流引起的扭矩由于自旋轨道耦合和空间不均匀的磁性纹理的反铁磁体的Néel矢量的方程。使用集体坐标的方法，我们应用该理论的二维反铁磁skyrmion和估计的skyrmion速度下施加直流电流。
2016-04-19 cond-mat.mes-hall
Tunable Skyrmion-Antiskyrmion Dynamics in Co/Pt Nanocontacts for Spintronic Applications
该研究通过微磁模拟揭示 Co/Pt 双层膜中双纳米接触激发的斯格明子相互作用，证明可借助间距、DMI、电流脉冲及弱磁场调控斯格明子–反斯格明子态并实现独立开关。
2024-10-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tunable Spike-Timing-Dependent Plasticity in Magnetic Skyrmion Manipulation Chambers
本文设计基于三腔斯格明子操控的神经形态器件，以中央腔斯格明子数量编码权重，并通过微磁模拟证明电流时序可实现可调STDP与类脑学习。
2024-05-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Current-induced H-shaped-skyrmion creation and their dynamics in the helical phase
不可避免的斯基尔米恩赛道般的应用的基本原则不仅是他们沿着一维通道的限制运动，而且他们的控制创建和湮灭。螺旋磁铁被认为可以自然地限制skyrmion沿着螺旋形成的轨道运动，这也允许高速skyrmion运动。我们提出了一个协议，在螺旋背景中创建拓扑磁结构。我们还分析了稳定性和电流驱动运动的skyrmions在螺旋背景与平面内单轴各向异性固定的螺旋方向。
2021-05-14 cond-mat.mes-hall
Largely tunable band structures of few-layer InSe by uniaxial strain
由于强的量子限制效应，少层γ-InSe具有跨可见光和近红外波段的层间带隙，近年来引起了人们的极大关注。作为二维材料，机械柔性为电子结构提供了额外的调谐旋钮。在此，我们首次利用单轴拉伸应变对少层块状InSe的能带结构进行了工程化，并观察到了光致发光峰的显著位移。对于4- 8层样品，光学带隙的位移速率为每1%应变约90-100 meV，这比广泛研究的MoS 2单层的光学带隙的位移速率大得多。密度泛函计算很好地再现了所观察到的层相关的带隙和应变效应，并揭示了移动速率随层数的增加而减少，为少层的InSe。我们的研究表明，InSe是一种非常通用的二维电子和光电材料，适用于可调谐光发射器，光探测器和其他光电子器件。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall
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
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
Stabilization of the skyrmion crystal phase in thin-film antiferromagnets
我们研究了反铁磁薄膜在类场力矩作用下skyrmion晶相的形成和稳定性，通过电流在CuMnAs和Mn $_{2}$ Au中经由逆自旋电流效应诱导的那些。我们表明，skyrmion晶格代表反铁磁体的基态在一个重要的区域的相图，参数化的交错场和（有效）单轴各向异性常数。Skyrmion运动可以在晶体相中由自旋转移效应驱动。在金属的情况下，巡回电子经历与（Néel）skyrmion背景相关的紧急SU $(2)$ -电磁场，导致拓扑自旋霍尔响应。实验签名的skyrmion晶体相位和读出方案的拓扑输运的基础上进行了讨论。
2018-06-17 cond-mat.mes-hall
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
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
Generation and stability of dynamical skyrmions and droplet solitons
磁膜纳米接触中的自旋极化电流可以通过补偿磁阻尼来产生集体磁振荡。特别是，在具有单轴磁各向异性的材料中，已经观察到液滴孤子由在纳米接触区域中相干进动的部分反转磁化组成的自定位激发。也可以产生拓扑液滴孤子，称为\emph{dynamical skyrmions}。在这里，我们研究的条件，促进液滴或动态skyrmion形成和描述其稳定性的磁性薄膜没有Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。我们表明，从所施加的电流以及初始磁化状态的奥斯特场可以确定是否液滴或动态skyrmion形式。动力学skyrmions被发现比液滴更稳定。我们还讨论了可以用来区分这些磁性物体的电特性。
2018-03-05 cond-mat.mes-hall
Topological spin waves in the atomic-scale magnetic skyrmion crystal
本文研究了二维自旋晶格模型中三角形Skyrmion晶体在Heisenberg交换、Dzyalonshinkii-Moriya相互作用、Zeeman耦合和单轴各向异性相互作用下的自旋波。计算的自旋波带具有有限的Berry曲率，在某些情况下，导致非零的陈数，使这个系统在拓扑上不同于传统的磁振子系统。我们计算的边缘自旋波，预计从体边界对应原理，并表明他们是手征，这使得他们免疫弹性后向散射。我们的结果说明了拓扑相位可以发生在自生涌现超晶格在介观尺度。
2015-11-25 cond-mat.mes-hall
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
Length-scale independent skyrmion and meron Hall angles
受最近对手性磁体中神秘的与半径无关的skyrmion霍尔角的观察[Zeissler et al，Nature Comm. 11，428（2020）]的启发，我们基于最近的skyrmion解决方案推导了skyrmion霍尔角，该解决方案的特征在于由Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用强度和施加的磁场确定的唯一长度尺度。我们发现，Skyrmion Hall角与输入电流密度和决定Skyrmion半径的长度尺度无关，这与极角表示磁化强度的欧拉方程的解--依赖于单个长度尺度的Skyrmion轮廓相一致。虽然霍尔角的大小可能会随着Skyrmion轮廓（形状）的变化而变化，但对于特定轮廓，它保持不变。随着可调电流沿相互垂直的方向的应用，这个属性使我们能够提出一个实验装置，通过该装置可以限制skyrmion的横向运动，使skyrmion只能纵向遍历。我们进一步发现的长度尺度和输入电流密度独立的霍尔角的merons，他们的横向运动将是相反的，这取决于是否在他们的中心自旋是向上或向下，在协议与实验。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effect of random anisotropy in stabilization of topological chiral textures
在纳米器件中操纵skyrmion的需求不断增加，这带来了有趣的研究，以了解这些拓扑保护的手性结构的稳定性。为了理解实验中观察到的Skyrmion的实际形状和大小，我们进行了微磁学模拟，研究了磁性薄膜系统中存在随机各向异性时Skyrmion的稳定性。以前的实验11报告的skyrmion成像在薄膜描绘的skyrmion形状不是完美的圆形。在这里，我们通过模拟表明，由于不同的局部各向异性能量的存在，skyrmion的形状可能会扭曲。改变单轴各向异性常数（Ku）和随机各向异性常数（Kr）14的值以理解在15平方磁性纳米元件中稳定的skyrmion和反skyrmion的形状和尺寸的变化。在高随机各向异性能的情况下，skyrmion的形状发生了畸变，尺寸保持不变。
2020-03-27 cond-mat.mes-hall
Skyrmions in coupled spin torque nano-oscillator structures
在目前的工作中，使用微磁学模拟，我们表明，磁耦合效应在自旋力矩纳米振荡器（STNO）的耦合系统中的skyrmion的创建过程中起着非常重要的作用。首先，我们已经确定了一个孤立的STNO的磁基态的垂直单轴各向异性（PUA）和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的不同值（PZ）。接下来，我们施加了一个垂直的脉冲极化电流密度（J），并发现有可能从基态为单个磁畴的圆盘中产生亚稳态的Néel skyrmion。从这些结果中，我们获得了极化电流强度与施加电流脉冲的时间的相图，对于不同的参数值，例如PUA、PSNR和STNO之间的距离。我们的研究结果表明，根据STNO之间的分离距离，所需的电流密度，以创建一个skyrmion的变化，由于磁相互作用。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall
Thermal gradient-driven skyrmion dynamics with near-zero skyrmion Hall angle
本研究通过微磁模拟揭示热梯度驱动Co-Pt双层中Néel斯格明子向热区运动且霍尔角近零，并建立参数依赖框架以最小化霍尔效应。
2025-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Continuously tunable uniaxial strain control of van der Waals heterostructure devices
本文提出一种基于压电的原位单轴应变技术，可对常规衬底上任意复杂度的双栅极范德华异质结器件同时进行电输运和光学表征，在毫开尔文温度下实现高达-0.15%的连续可调应变，并验证了应变对扭曲双层石墨烯电子特性的调控能力。
2024-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.ins-det
Bilayer-skyrmion-based design of neuron and synapse for spiking neural network
磁Skyrmion技术具有体积小、不挥发、低脱钉电流密度等优点，在下一代自旋电子学存储和神经形态计算中具有广阔的应用前景。然而，源于skyrmion霍尔效应的马格努斯力导致skyrmion沿着弯曲的轨迹移动，这可能导致在电流诱导的skyrmion运动期间在纳米轨道中的skyrmion的湮灭。因此，利用skyrmion运动的电路需要被设计成限制skyrmion霍尔效应的影响。在这项工作中，我们提出了一种设计的人工神经元，和突触使用的双层设备组成的两个反铁磁交换耦合的铁磁层，实现鲁棒性对skyrmion霍尔效应通过取消马格努斯力。使用微磁模拟，我们表明，双层设备可以作为一个人工神经元，也可以作为一个突触通过修改其单轴各向异性。我们还证明了我们提出的skyrmionic突触具有完全线性和对称的权重更新的内在属性，这是非常可取的突触操作。使用我们提出的突触和神经元实现的脉冲神经网络进行了模拟，并显示在MNIST手写数字数据集上执行分类的准确率达到96.23%。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall
Electric field control of moiré skyrmion phases in twisted multiferroic NiI$_2$ bilayers
Aalto University（阿尔托大学）
本文以扭曲多铁性NiI₂双层膜为研究对象，通过建立包含均匀螺旋相、kπ-斯格明子晶格等的相图，揭示其电可调拓扑莫尔磁性，利用磁电耦合实现电场调控斯格明子相，为斯格明子电子学提供可调平台。
2024-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Skyrmion Helicity: Quantization and Quantum Tunneling Effects
我们推导出在固态的磁螺旋度的量子化，并证明了可调宏观量子隧穿，相干性和振荡的skyrmion自旋纹理稳定在挫折磁铁。我们还讨论了实验实现量子效应的参数空间。通常，对于半径为5 nm的skyrmion，具有不同螺旋度的两个宏观态之间的量子隧穿发生在低于100 mK的秒内的反向逃逸速率，以及MHz范围内的能量分裂。磁自旋系综的量子隧穿的可行性激发了利用拓扑保护的手性自旋配置进行量子操作的新平台。
2022-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Modelling the elliptical instability of magnetic skyrmions
本文将两种手性磁孤子椭圆不稳定性建模方法应用于易面各向异性主导的倾斜铁磁相和倾斜外加场的一般情形，发现解析预测与先前数值结果完全匹配或有趣对应。
2024-01-09 cond-mat.mes-hall hep-th math-ph
Topological Charge Analysis of Ultrafast Single Skyrmion Creation
磁skyrmion是拓扑非平凡的自旋纹理的潜在利益，为未来的信息存储应用程序，并为这些目的，控制和理解单个skyrmion创建是必需的。分析了一种利用Oersted场诱导的动态激发和垂直注入自旋极化电流的自旋转移矩在螺旋磁薄膜中产生单Néel型和Bloch型Skyrmion的方案.一个拓扑电荷分析使用的拓扑电荷的晶格版本提供了洞察本地触发的过渡从平凡到非平凡的拓扑自旋纹理的Néel或布洛赫型skyrmion。磁skyrmion的拓扑保护是由对称海森堡交换能决定的。临界开关电流密度为$\sim10^{7}\thinspace\textrm{A/cm}^{2}$，随易平面型单轴各向异性和热涨落而减小。注入电流的面内自旋极化比面外极化表现更好，并且它提供超快的开关时间（100 ps内）和可靠的开关结果。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall
Creating and Deleting a Single Dipolar Skyrmion by Surface Spin Twists
Anhui University（安徽大学）；Hefei Normal University（合肥师范学院）；High Magnetic Field Laboratory, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
通过表面自旋扭转变换实现单个双极性Skyrmion的确定性创建与删除，为Skyrmionic设备中的可靠单比特操作提供新方法。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching of chiral magnetic skyrmions by picosecond magnetic field pulses via transient topological states
磁性手征Skyrmions是一种涡旋状自旋结构，由于对称和反对称交换相互作用、外加磁场和/或单轴各向异性之间的相互作用，在磁性材料中表现为稳定或亚稳态。它们的小尺寸和内部稳定性使它们成为数据存储的潜在对象，但为此，相反极性和拓扑电荷的skyrmion状态之间的受控切换是必不可少的。本文基于经典自旋和原子自旋动力学的离散模型，研究了外加磁场脉冲对磁skyrmion开关的影响。我们发现了一个有限范围的耦合参数对应于共存的两个简并孤立的skyrmions的特点是相互反转的自旋结构与相反的极性和拓扑电荷。我们演示了如何在宽范围的材料参数的一个短的倾斜磁场脉冲可以启动这些状态之间的可靠切换在GHz的速率。详细的开关机制的分析揭示了复杂的路径的系统伴随着激发的手征非手性meron对和形成的非手性skyrmion。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall nlin.PS
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
Topological polarization networking in uniaxial ferroelectrics
拓扑极化织构的发现使铁电体成为拓扑物质科学的前沿。高对称性的铁电氧化物材料允许自由的极化矢量旋转提供了一个肥沃的土壤新兴的拓扑极性的形成，如涡旋，skyrmions，merons，和Hopfions。人们普遍认为单轴铁电体不属于拓扑宇宙，因为强各向异性为拓扑激发施加了不可逾越的能垒。在这里，我们表明，单轴铁电体提供了独特的机会，形成拓扑极化网络，包括分支交织域与相反的逆流极化。我们报告说，他们主机的拓扑状态的物质：一个交叉结构的拓扑保护碰撞头对头和尾对尾的极化域，这几十年来一直被认为是不可能的静电的观点。界面的逆流畴壁是一个多连接的表面，通过整个体积的铁电体传播。
2022-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Formation Induced by Antiferromagnetic-enhanced Interfacial Dzyaloshinskii Moriya Interaction
Neél skyrmions起源于界面的Dzyaloshinskii Moriya相互作用（Dzyaloshinskii Moriya interaction）。最近的研究探索了使用铁磁体来承载Neél skyrmions用于器件应用。然而，将skyrmion的尺寸减小到接近10 nm仍然存在挑战。非晶态稀土-过渡金属亚铁磁体是在室温下获得超小skyrmion的有吸引力的替代材料。它们固有的垂直磁各向异性和可调磁化为Skyrmion稳定性提供了有利的环境。在这项工作中，我们采用原子随机Landau-Liftshitz-Gilbert（LLG）算法来研究界面DMI模型中GdFe中的skyrmion。在300 K下，在厚度约为5 nm的非晶GdFe薄膜中，尽管界面附近的晶格常数迅速衰减，但仍发现了近10 nm的小Skyrmion。我们还考虑了Gd-Fe对之间的符号的三种情况。结果表明，亚铁磁体中的反铁磁耦合对增强界面极化效应和稳定Skyrmion起着重要作用。这些结果表明，具有内在反铁磁耦合的亚铁磁体和反铁磁体是在室温下容纳小skyrmion的有吸引力的材料，这对于提高skyrmion器件的密度和能量效率至关重要。
2018-06-17 cond-mat.mes-hall
Skyrmions in the moiré of van der Waals 2D magnets
我们探索skyrmion的形成和控制的可能性，在二维磁体从无处不在的云纹图案VDW异质结构。以反铁磁衬底上的铁磁单层为例，我们证明了二维磁体中skyrmions的新起源，来自于莫尔条纹中局部不同原子登记处对层间磁耦合的横向调制。莫尔skyrmions是双退化与相反的拓扑电荷，并被困在一个有序的阵列的网站与莫尔周期，可以显着调整的应变和层间平移。在较强的层间耦合下，基态为Skyrmion晶格，磁场可以改变Skyrmion的涡度和在云纹中的位置。在弱层间耦合极限下，我们发现铁磁基态上的亚稳态skyrmion激发可以通过电流脉冲在有序的莫尔陷阱位置之间确定性地移动。我们的研究结果指出，潜在的使用云纹skyrmions作为信息载体和急剧可调的拓扑背景的电子输运。
2018-10-07 cond-mat.mes-hall
Laser-Induced Magnetic Nanostructures with Tunable Topological Properties
我们报告的创建和真实空间观察的磁性结构，定义明确的拓扑性质和横向尺寸低至约150 nm。它们是由超短单脉冲激光在薄亚铁磁薄膜中产生的。由于它们的拓扑性质，这种结构可以被分类为不需要外部施加磁场来稳定的特定类型的Skyrmions。除了Skyrmions，我们能够生成具有拓扑特征的磁性特征，这些特征可以通过改变激光能量密度来调节。这些特征的稳定性是由基于交换和磁偶极-偶极相互作用之间的相互作用的分析模型来解释的
2013-04-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Numerical Studies on Antiferromagnetic Skyrmions in Nanodisks by Means of A New Quantum Simulation Approach
本文采用基于量子物理的自洽模拟方法研究了多层纳米盘上形成的反铁磁skyrmions的磁性。我们发现，如果磁盘是小的和Dzyaloshinsky-Moriya（DM）的相互作用是弱的，一个单一的磁涡旋可能会形成在磁盘平面上。在这种情况下，当进一步考虑垂直于磁盘平面的单轴各向异性时，磁配置保持不变，但磁化强度在该方向上增强，并且在其他两个垂直方向上减小。非常类似地，垂直于盘平面的弱外部磁场不能明显地影响纳米盘的自旋结构;然而，当它足够强时，它可以完全破坏AFM skyrmion。另一方面，通过增加DM相互作用使得盘直径比DM长度大几倍，将在盘平面中形成更多的自组织磁畴，诸如涡旋和条带。它们随着温度的降低而演化，但总是关于正方形晶胞的几何轴对称。我们进一步发现，在这种情况下，引入正常的磁各向异性引起的重构的AFM单涡结构或skyrmion的磁盘平面上，这提供了一种方法来创建和/或稳定这种自旋织构在实验中。
2016-01-20 cond-mat.mes-hall
Strain-Tunable Spin Moment in Ni-Doped Graphene
石墨烯，由于其特殊的性能，是一种有前途的材料，用于纳米技术的应用。在这种情况下，通过引入缺陷和杂质来调节石墨烯基材料和器件的性质的能力可能是非常重要的。本文研究了单轴拉伸应变对置换式Ni杂质（Ni_sub）掺杂石墨烯的电磁性质的影响。我们发现，尽管Ni_sub缺陷在弛豫层中是非磁性的，但单轴应变在系统中诱导了自旋矩。自旋力矩随应变的增加而增加，达到0.3-0.4 μ B/Ni_sub，直至达到约6.5%的临界应变。在这一点上，观察到一个尖锐的过渡到高自旋态（~1.9 μ_B）。这种磁致弹性效应可用于设计基于Ni掺杂石墨烯的应变可调自旋器件。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust cycloid crossover driven by anisotropy in the skyrmion host GaV$_\mathbf{4}$S$_\mathbf{8}$
本文报道了多铁性材料$\mathrm{GaV_4S_8}$在单轴各向异性影响下的旋轮线调制自旋织构的反常磁化动力学。线性交流磁化率[ $χ_{1ω}^{\prime}(T,H)$ ]、交流磁损耗[ $χ_{1ω}^{\prime\prime}(T,H)$ ]和非线性交流磁响应[ $M_{3ω}(T,H)$ ]的温度和磁场依赖性在频率范围$f = 10-10000$ Hz的磁相图上进行了检查。根据最近的理论，轴向晶体对称下的skyrmion涡旋被限制在特定的方向上，从而增强了对倾斜磁场和改变自旋动力学的鲁棒性。我们表征了每个自旋织构的磁响应，发现即使在多畴状态下，与立方系统中的布洛赫型skyrmion相比，Néel skyrmion晶格的动态刚度也有所增强。在最近的小角度中子散射实验中，在降低温度时观察到摆线节距的强烈变化的相同相位区域出现异常$M_{3ω}$和强耗散[White等人，物理修订版B 97，020401（R）（2018）]。在这里，我们表明，强各向异性也驱动一个扩展的交叉的零场摆线纹理$\mathrm{GaV_4S_8}$。这些动态签名的频率依赖性是一致的一个强大的非谐自旋纹理表现出相关域的安排。这些结果支持了磁各向异性在增强拓扑自旋织构的刚性方面的重要作用。
2020-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Current-Induced Dynamics and Instability Pathways of Skyrmioniums in Chiral Magnets
Hiroshima University（广岛大学）；RIKEN（理化学研究所）
研究电流驱动下Skyrmioniums的动力学、转变与不稳定性，揭示其非平衡响应机制及拓扑失衡导致的Hall效应，探讨高电流密度下的不同不稳定性及集体动态行为。
2026-04-17 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Spin-Flux Skyrmions: Anomalous Electron Dynamics and Spin-Hall Currents
University of Toronto（多伦多大学）
自旋-流天空之球通过引入非平凡自旋or相位和额外单极分量，解释了传统天空之球无法解释的霍尔电阻异常，并提供了调控横向霍尔响应的新途径。
2025-11-24 cond-mat.mes-hall
Skyrmions in synthetic antiferromagnet nanorings for electrical signal generation
本研究通过解析计算和微磁模拟，证实合成反铁磁纳米环中电流驱动的斯格明子可实现稳定GHz频段圆周运动，性能优于铁磁-重金属结构，还提出了基于该结构的新型三相交流发电机，为可调GHz频段时钟器件提供了候选材料。
2024-05-17 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling mediated tunable electron heat capacity of quantum wells
从索末菲展开得到的传导电子的热容量示出通过Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合参数是可调的。使用AlInSb/InSb/AlInSb作为具有可变阱和非对称势垒区的代表性异质结构，发现热容量对于自旋向下的电子是较高的，并且对于较宽的阱遭受减少。通过施加单轴应变可进一步降低。最后，我们提出了一种方法来确定自旋寿命的自旋放松通过D 'yakonov-Perel'机制从实验估计的热力学势，如亥姆霍兹自由能和热容。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
Interface-Induced Stability of Nontrivial Topological Spin Textures: Unveiling Room-Temperature Hopfions and Skyrmions
本研究针对室温下拓扑自旋纹理稳定难题，通过铁磁体/拓扑绝缘体/铁磁体三层异质结构的界面磁性与几何限制，首次实现零磁场室温下霍普夫子和斯格明子的自发稳定，为磁信息载体及拓扑器件提供新途径。
2025-06-21 cond-mat.mes-hall
3D Magnetic Textures with Mixed Topology: Unlocking the Tunable Hopf Index
University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）
该研究提出周期性磁织构Hopf指数的离散几何定义，发现分数霍普夫子等混合拓扑态，为Hopf指数取多类数值提供物理依据。
2024-11-11 cond-mat.mes-hall
