Skyrmion manipulation and logic gate functionality in transition metal multilayers
本研究通过微磁模拟，在PdFe/Ir(111)多层膜中利用电流脉冲操控斯格明子，并设计各向异性势垒实现OR和AND逻辑门，展示了其作为自旋电子逻辑器件的潜力。
2025-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Giant 2D Skyrmion Topological Hall Effect with Ultrawide Temperature Window and Low-Current Manipulation in 2D Room-Temperature Ferromagnetic Crystals
本文在2D室温铁磁Fe3GaTe2-x晶体中实现了超宽温度窗口（2-300 K）的巨型拓扑霍尔效应，并实现了低临界电流密度的室温电流操控，为实用自旋电子器件铺路。
2023-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Control and manipulation of a magnetic skyrmionium in nanostructures
磁skyrmionium是一种非拓扑孤子，在薄膜中具有甜甜圈状的离面自旋织构，可以唯象地看作是两个拓扑数相反的拓扑磁skyrmionium的联合.由于其零拓扑数（$Q=0$）和甜甜圈状结构，Skyrmionium与具有$Q=\pm 1$的Skyrmion相比具有独特的特征。本文系统地研究了在磁场和自旋极化电流作用下，Skyrmionium在双磁性纳米结构中的产生、操纵和运动。研究发现，在面外电流的驱动下，Skyrmionium的运动速度比Skyrmion快，且二者的速度差与驱动力成正比。然而，skyrmion和skyrmion表现出相同的电流速度关系时，它们被驱动的面内电流。它也被发现，一个移动的skyrmionum是较少的变形在电流平面几何形状相比，skyrmionum在电流垂直于平面的几何形状。此外，我们证明了在自旋极化电流驱动下，一个带有$Q=0$的Skyrmionium在纳米轨道中转化为两个带有$Q=+1$的Skyrmion，这可以看作是Skyrmionium的解压缩过程。我们描述了Skyrmionium在解压缩过程中的能量和自旋结构的变化，发现自旋结构和能量之间存在线性关系，这些结果可能在Skyrmionics的新兴领域中具有技术意义。
2016-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal generation, manipulation and detection of skyrmions
近年来，在手性磁体1 -4和非对称磁性多层膜5 -13中实现skyrmions以及它们的电操纵2，7，8，10方面取得了重大进展。同样重要的是，可以利用skyrmions的热生成，操纵和检测来构建具有集成计算14和能量收集15的原型新架构。我们还需要验证skyrmions是否可以纯粹通过加热产生16，17，以及它们由温度梯度驱动的合成运动方向是否遵循扩散或相反的磁振子自旋力矩17 -21。在这里，我们解决了这些重要的问题，在微结构器件的多层：（Ta_CoFeB_MgO）15，（Pt_CoFeB_MgO_Ta）15和（Pt_Co_Ta）15集成与片上加热器，通过使用全场软X射线显微镜。密集的skyrmions的热生成归因于在设备边缘的低能量势垒，连同热诱导的形态从条纹域skyrmions的过渡。实验观察到skyrmions从热区向冷区的单向扩散。这可以从理论上解释为来自skyrmions之间的排斥力的组合贡献，以及与magnonic自旋力矩竞争的热自旋轨道力矩17，18，20，21和熵力22。这些热产生的skyrmion可以通过测量伴随的异常能斯特电压来进一步检测。片上热电产生，操纵和检测skyrmions可以打开另一个令人兴奋的途径，使skyrmionics，并促进自旋caloritronics 15，magnonics 24和skyrmionics 3，4，12之间的跨学科研究。
2020-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of Magnetic Skyrmions by Superconducting Vortices in Ferromagnet-Superconductor Heterostructures
混合铁磁薄膜中的磁skyrmions动力学具有新颖的物理现象，并具有良好的技术应用前景。在这项工作中，我们讨论的行为时，磁skyrmions耦合到超导涡旋的铁磁超导异质结构。我们使用数值模拟和分析参数来揭示更广泛的可能性操纵的混合系统中的skyrmion涡动态相关性，这是不可能的，在其单独的成分。我们探索特定的动态相的阈值，并量化的相图作为相关的材料参数，施加的电流和感应转矩的函数。最后，我们证明了广泛和精确的可调性的斯基尔米恩霍尔角的存在下的涡流，相对于电流施加到任一或两个超导体和铁磁体内的异质结构。
2019-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hedgehog Skyrmion Bubbles in Ultrathin Films with Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interactions
被称为skyrmion气泡的集体自旋系综可以存在于磁性薄膜异质结构中，并有望实现微小的直径和低功率全电操纵。Skyrmions的成核，识别和操纵是非常感兴趣的，部分原因是它们的非平凡拓扑结构。在这里，我们确定的拓扑结构的100 nm孤立的刺猬skyrmion气泡和探测它们的响应，在室温下在[ Pt \ Co（0.8 nm）\ Ir ]膜的外部场。我们发现，结构无序可以稳定的Skyrmion泡态，表现出蠕变状畴壁运动。这使得从观察中提取气泡变得困难，并且可以解释在界面气泡膜中观察到的气泡尺寸大于预测。有趣的是，我们报告了刺猬skyrmions的临界尺寸，在此之上，气泡失去了圆形对称性，并采取了不规则的形状。结合洛伦兹TEM和全三维多层模拟，我们证明了这些拓扑非平凡的自旋纹理的独特行为。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Electrical manipulation of skyrmions in a chiral magnet
写入、擦除和计算是任何工作电子设备所需的三种基本操作。磁Skyrmions可能是新兴的拓扑自旋电子器件中有前途的基本位。特别是手性磁体中的Skyrmion具有结构致密、尺寸均匀、迁移率高等突出的性质。然而，创建，删除和驱动孤立的skyrmions，作为上述基本操作的原型，自从skyrmions发现以来，一直是手性磁体中的巨大挑战，并且在单个设备中实现所有这三个操作是非常可取的。在这里，通过工程手征磁铁钴$_8$锌$_{10}$锰$_2$到定制的微型器件的原位洛伦兹透射电子显微镜观察，我们实现了这三个操作的skyrmions使用纳秒电流脉冲与低电流密度约$10^{10}$ A/m $^2$在室温下。缺口结构可以根据电流脉冲的方向和幅度来创建或删除磁skyrmions。我们进一步表明，磁skyrmions可以确定性地移动一步一步的电流脉冲，允许建立普遍的电流速度关系。这些实验结果对基于Skyrmion的存储器或逻辑器件具有直接意义。
2021-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Skyrmion: Stability, Creation and Manipulation
磁Skyrmion是铁磁体中的类粒子拓扑激发，其拓扑数为$Q=\pm 1$，由于其拓扑结构产生的马格努斯力效应，表现出Skyrmion霍尔效应（SkHE）。在这里，我们提出了对应的反铁磁（AFM）系统中的磁性skyrmion，即AFM skyrmion，这是拓扑保护，但没有显示SkHE。基于微磁晶格模拟，已经描述了两种用于创建AFM skyrmion的方法：（i）通过将垂直自旋极化电流注入具有AFM基态的纳米盘;（ii）通过转换纳米线结中的AFM畴壁对。结果表明，原子力显微镜skyrmion，驱动的自旋极化电流，可以直线运动的长距离，受益于没有SkHE。我们的研究结果将为基于AFM材料的新型自旋电子器件的设计提供新的思路。
2016-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast manipulation of magnetic skyrmions by microwave fields
School of Materials and Physics, China University of Mining and Technology（中国矿业大学材料科学与工程学院）；Center for Quantum Matter, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院量子物质研究中心）
本文研究了由圆极化微波诱导的反法拉第效应驱动的磁Skyrmion惯性动力学，通过在Thiele方程中引入惯性质量项，并解析推导出微波诱导的磁场和力，揭示了连续波与脉冲激发下的不同动态模式，展示了Skyrmion惯性如何使轨迹从平滑螺旋变为多边形轨道，并揭示了系统固有弛豫动力学。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Skyrmion Molecule Lattices Enabling Stable Transport and Flexible Manipulation
本文提出斯格明子分子晶格架构，通过对称性锁定使相反极化率的自旋斯格明子对形成稳定传播本征态，并结合边界工程技术实现对其产生、形变、湮灭和极化率反转的精确控制，在类石墨烯声表面波超材料中实验验证了稳定传输与灵活操控。
2025-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic skyrmion logic gates: conversion, duplication and merging of skyrmions
磁skyrmions是铁磁体中的一种拓扑类粒子激发，近年来引起了人们的广泛关注。Skyrmionics是一种尝试使用磁性Skyrmion作为下一代自旋电子器件的信息载体。操纵和操作skyrmions的建议是非常需要的。在这里，我们证明了具有不同手性和拓扑结构的孤立skyrmions的转换，复制和合并都是可能的在一个系统。我们还证明了一个skyrmion转换成另一种形式的skyrmion，即，一个双桅帆我们设计自旋逻辑门，如与门和或门的基础上操纵的skyrmions。这些结果为利用纳米自旋织构拓扑结构作为信息载体在新型磁传感器和自旋逻辑器件提供了重要的指导。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effects of interlayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction on the shape and dynamics of magnetic twin-skyrmions
University of Hamburg（汉堡大学）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
层间Dzyaloshinskii-Moriya相互作用影响磁双扭丝状体的形状和动力学，通过改变自旋构型和螺旋性实现对涡旋速度和Hall角的调控。
2026-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced nucleation and motion of zero field skyrmion
我们研究了在没有外加磁场的情况下，磁性薄膜中Skyrmions的稳定化和电操纵。我们表明，这需要增加的磁各向异性，控制的样品厚度，相比通常的skyrmionic样品，使均匀的状态对应于零场基态和skyrmions亚稳态激发。虽然skyrmion稳定在零场被证明在一个广泛的厚度范围内，电气控制似乎是更苛刻的，以避免skyrmion变形。在最薄的样品中，大的磁各向异性防止skyrmion变形，我们表明，它们可以通过电流脉冲逐渐成核，这强调了唯一可能的过渡发生在均匀和skyrmion状态之间。零磁场中的孤子skyrmions具有与场稳定的孤子skyrmions相同的性质，当被自旋轨道力矩激发时，具有长期稳定性和高迁移率。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Report on imaging of individual skyrmions of MML systems made by different techniques
表1.1是关于用不同技术制作的MML系统的单个skyrmions的成像的报告。该交付品属于工作包1（WP 1：磁性薄膜和多层膜中界面诱导skyrmions的静力平衡性质），其目标是：具有大的界面手性相互作用的磁性多层系统的生长，Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMi）的振幅的测定，界面的详细结构和磁性表征，单个Skyrmions的磁成像以及Skyrmions与本征和/或人工缺陷的热稳定性和相互作用。应该强调的是，成像磁skyrmionic结构形成的基础上，所有计划的后续材料优化，电输运实验和设备准备在MAGICSky研究计划。特别是，成像作为一种技术是至关重要的，因为它使我们能够明确地证明手性磁性skyrmions通过直接成像i）工程多层样品与大DMis的影响和ii）skyrmionic结构和性能。为了获得对磁性skyrmions性质的补充物理见解并证实我们的研究结果，我们利用了大量关键的最先进的先进磁成像技术，即：i）自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM），扫描透射X射线显微镜（STXM）洛伦兹透射电子显微镜（洛伦兹TEM）以及磁力显微镜（MFM）。因此，这些成像实验可以作为WP 1和WP 2中所有其他目标的基础，这些目标将研究动态特性：Skyrmions的成核，传播和检测。成像的目的是测试WP 3的Skyrmion系统的理论和数值研究并获得反馈。最后，对于W…
2016-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Observation of room temperature magnetic skyrmions and their current-driven dynamics in ultrathin Co films
磁skyrmions是拓扑保护自旋织构，表现出迷人的物理行为和高能效自旋电子器件应用的巨大潜力。到目前为止，主要的障碍是，skyrmion已被观察到只有少数奇异的材料和在低温下，和操纵个别skyrmion尚未实现。本文报道了用磁透射软X射线显微镜在室温下观察到的过渡金属铁磁体中稳定的磁skyrmion。我们证明了产生稳定的skyrmion晶格和驱动列车的个人skyrmion短电流脉冲沿磁赛道的能力。我们的研究结果提供了实验证据，最近的预测，并打开了大门，在强大的薄膜异质结室温skyrmion自旋电子学。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Additive interfacial chiral interaction in multilayers for stabilization of small individual skyrmion at room temperature
面对不断增长的数据存储需求，很可能需要一种新的模式。纳米尺度的磁性Skyrmions有望解决这个问题，因为它们可以说是自然界中磁性薄膜中最小的自旋织构。我们设计了钴基多层薄膜，其中钴层夹在两种重金属之间，提供添加剂界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，其在Ir |Co| Pt不对称多层膜的情况下达到接近2 mJ m-2的值。使用磁化敏感的扫描X射线透射显微镜技术，我们成像小磁畴在非常低的领域在这些多层膜。对它们在垂直磁场中行为的研究使我们得出结论，它们实际上是由大的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用稳定的磁性skyrmion。在室温下在技术相关材料中发现稳定的亚100 nm单个skyrmions为不久的将来的器件应用开辟了道路。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Curie temperature and room-temperature 50-nm skyrmions achieved in hexagonal ferromagnet Mn5Ge3+x synthesized via a high-pressure method
Anhui University（安徽大学）；Institutes of Physical Science and Information Technology, Anhui University（安徽大学物理科学与信息技朮研究所）；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）；Hefei Normal University（合肥师范学院）
研究通过高压合成技术提高Mn5Ge3+x晶体居里温度，实现室温下50nm斯格明子的稳定性，利用微磁模拟和磁输运测量等方法，展现其在自旋电子器件应用中的潜力，包括对单个斯格明子的电学操纵和检测。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
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
Coarse-graining collective skyrmion dynamics in confined geometries
磁skyrmions是磁性准粒子，具有增强的稳定性和不同的操纵机制，使用外部场和电流，使它们成为未来应用的有希望的候选人，例如在神经形态计算。最近，一些测量和模拟表明，热激活的skyrmions在有限的几何形状，因为它们是必要的设备应用，安排自己主要基于可折叠性效应。在这篇模拟研究中，我们基于Thiele模型，研究了一个系统的增强动力学和简并非平衡定态，在该系统中，内禀skyrmion-skyrmion和skyrmion-边界相互作用与热涨落以及电流诱导的自旋轨道力矩竞争。所研究的系统是一个三角形的限制几何形状托管四skyrmions，在那里我们注入自旋极化电流之间的两个角落的结构。我们对系统中的skyrmion态进行了粗粒化，以分析skyrmion系综中skyrmion排列的复杂性。在神经形态计算的背景下，这样的方法解决了在有限的几何形状中优化读出位置的关键挑战，并形成了理解在不同尺度上具有竞争相互作用的系统中的集体skyrmion动态的基础。
2023-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic-Driven Magnetic Skyrmion Motion
磁性Skyrmions在开发新型自旋电子器件方面具有巨大的潜力。电操纵skyrmions主要依赖于电流诱导的自旋轨道力矩。最近的一个理论模型表明，表面声波（SAW）可以更有效地操纵Skyrmions，SAW是一种弹性波，可以通过磁弹性效应与磁矩耦合。然而，由SAW驱动的skyrmions的定向运动仍然缺失。在这里，我们实验证明了由片上压电换能器传播SAW脉冲驱动的Ta/CoFeB/MgO/Ta多层膜中的Néel型skyrmions的运动。结果表明，具有纵向和剪切垂直位移的弹性波（Rayleigh波）能捕获Skyrmions，而剪切水平波能有效地驱动Skyrmions运动。特别是，沿SAW传播方向的纵向运动和由于拓扑电荷的横向运动，观察到并进一步证实了我们的微磁模拟。这项工作展示了一种基于声波操纵skyrmions的有前途的方法，这可能为超低功率自旋电子学提供新的机会。
2022-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Controllable highly oriented skyrmion track array in Fe3GaTe2
Beijing National Center for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Department of Physics and State Key Laboratory of Surface Physics, Fudan University（复旦大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
通过矢量磁场操控技术，在Fe3GaTe2中实现了大面积高取向天空之轮轨道阵列的可控生成与调控，揭示了平面磁场和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用在生成中的关键作用。
2026-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imprint from ferromagnetic skyrmions in an antiferromagnet via exchange bias
磁性Skyrmions是一种自旋拓扑结构，作为纳米级信息载体具有巨大的潜力。最近，Skyrmions已经被预测在反铁磁体中，在稳定性，尺寸和动力学性质方面比它们的铁磁类似物具有关键优势。然而，他们的实验证明仍然缺乏。在这里，我们展示了在室温和零外部磁场下，使用交换偏置，从铁磁skyrmions到IrMn反铁磁体薄膜的印记。使用高空间分辨率的X射线磁圆二色性光电子显微镜（XMCD-PEEM），我们观察到的印记自旋纹理内IrMn从XMCD信号的未补偿Mn自旋在界面处的铁磁体。这一结果为基于反铁磁体中skyrmion操纵的逻辑和存储器件开辟了一条道路。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmionic division
磁性skyrmion和skyrmion袋是纳米尺度的自旋纹理，其稳定性，尺寸和易于操作使它们成为下一代数据和逻辑应用的有力竞争者。Skyrmion包是任何整数拓扑度的复合Skyrmion，这意味着它们具有酉度Skyrmion中不存在的涌现性质。在这里，我们提出的模型和理论描述，展示了Skyrmion司的过程中，一个Skyrmion或Skyrmion袋可以分为两个或两个以上的Skyrmion结构。这一令人兴奋的结果可能为自旋电子学和神经形态计算等新兴领域的全新类型的skyrmion设备铺平道路。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally induced generation and annihilation of magnetic chiral skyrmion bubbles and achiral bubbles in Mn-Ni-Ga Magnets
手性Skyrmion磁泡和非手性磁泡是两种独立的磁畴结构，其中手性磁泡具有与Skyrmion磁泡相同的缠绕数，为进一步的自旋电子学器件提供了很好的信息载体。在这里，在这项工作中，我们的实验研究的产生和湮灭的磁性手性skyrmion气泡和非手性气泡的Mn-Ni-Ga薄板通过使用洛伦兹透射电子显微镜（L-TEM）。通过改变外加磁场的倾斜角度，可以直接控制两个独立的磁畴结构。通过对磁化反转随温度的变化进行成像，我们发现了一种特殊的磁手征skyrmion泡的湮灭模式和一个非线性的缠绕数反转频率。通过使用L-TEM直接确定磁性手性Skyrmion气泡的磁化反转的势垒能，对这种动力学进行定量分析。
2020-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Stable Neel-Twisted Skyrmion Bags in a van der Waals Magnet Fe3-xGaTe2 at Room Temperature
本研究在无需特殊Fe插层的范德华磁体Fe₃₋ₓGaTe₂中实现室温斯格明子袋的观测与电操控，建立其稳定温场相图并演示电控拓扑相变，为二维斯格明子器件设计提供新方向。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Ordered creation and motion of skyrmions with surface acoustic wave
该研究通过将[Co/Pd]多层膜嵌入SAW延迟线，在铁磁体中实现磁性斯格明子的有序产生及可忽略SkHE的电流驱动运动，为拓扑孤子操控和自旋声电子器件提供新途径。
2022-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the three-dimensional spin texture of skyrmion tubes
磁skyrmions是具有复杂非共面自旋结构的稳定拓扑孤子。它们的纳米尺寸和启动和控制它们运动所需的低电流开辟了一个新的研究领域，skyrmionics，旨在使用skyrmion作为数据存储和操作的信息载体。Skyrmionics的最新进展提示了对Skyrmion的详细三维（3D）自旋纹理的透彻理解，包括Skyrmion-Skyrmion相互作用及其与表面和界面的耦合。这些性质对应用相关的方面有着至关重要的影响，例如限制结构中skyrmions的稳定性和流动性。然而，到目前为止，测量三维自旋织构与纳米分辨率的实验技术在很大程度上是缺失的。因此，我们适应全息矢量场电子断层扫描的问题，并报告的第一个定量重建的3D自旋纹理的skyrmions子10纳米分辨率。重建的纹理揭示了各种以前看不见的局部偏差从一个均匀的布洛赫字符内的skyrmion管（SkTs），在表面的skyrmion纹理的崩溃的细节，和相关的调制的SkT在FeGe沿其管轴。磁感应强度的定量3D数据还允许通过推导跨这些磁孤立子的磁能密度的空间分辨图来实验确认skyrmion形成的一些原理。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Fast current-induced skyrmion motion in synthetic antiferromagnets
本文证明在补偿型合成反铁磁体中，斯格明子可被电流以高达900米每秒的速度沿电流方向驱动，且因净拓扑电荷抵消而消除霍尔效应，为快速自旋电子器件开辟了新途径。
2024-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization dynamics in skyrmions due to high-speed carrier injections from Dirac half-metals
本研究通过修正的LLG方程，利用狄拉克半金属注入自旋极化电子产生力矩，实现斯格明子拓扑态的动态调控，从而进行按位数据写入与擦除，为可扩展的斯格明子存储提供新方案。
2024-08-20 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
Tailoring Magnetic Skyrmions by Geometric Confinement of Magnetic Structures
纳米尺度的磁性skyrmions具有有趣的静态和输运性质，使它们成为未来自旋电子器件的候选者。因此，控制和操纵Skyrmions的大小和行为至关重要。使用Ginzburg-Landau方法，我们从理论上表明，skyrmion和skyrmion晶格可以稳定的单轴磁各向异性的薄膜的中心对称铁磁体的空间调制。值得注意的是，skyrmion的大小是由交换长度和各向异性的空间调制的周期的比率，在方差与常规skyrmion稳定的偶极和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMIs）。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of collective spin excitations in Neel-type skyrmions
我们证明了电场可以通过电诱导Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用激活Neel型skyrmion晶格的三个低能本征模。特别是，我们预测的相对强度的顺时针旋转模式对逆时针旋转模式是显着增强的电激活相比，磁激活。我们还发现，电和磁激活模式服从唯一的选择规则。这些发现为未来基于skyrmion的磁振子提供了一条新的途径，可以实现对skyrmion激发的节能电操纵。
2019-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Stability and Character of Zero Field Skyrmionic States in Hybrid Magnetic Multilayer Nanodots
本文提出金属与氧化物耦合的少重复周期混合磁性多层纳米点平台，在零场下稳定50 nm斯格明子并实现2.5倍调控，还观察到高阶靶形斯格明子，为斯格明子MTJ和多态器件提供路径。
2023-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tuning Bloch- and Néel-type magnetic skyrmions: a phase-field simulation
由于磁畴在磁逻辑和存储器件中的潜在应用，对磁畴（如条纹畴和skyrmions）的应变操纵引起了人们的广泛关注。在这里，利用相场建模，我们证明了确定性调制的取向和配置的条纹域和skyrmions通过使用单轴应变。条纹畴的重取向可以由适当的应变引起，并且重取向畴的方向由所施加的单轴应变的方向和畴壁的类型（包括Bloch型和Néel型）确定。此外，通过构建相图，我们发现，当单轴拉伸应变增加时，铁磁岛发生连续的相变，从skyrmion到多畴或单畴。磁各向异性能和杂散场能的竞争导致了单轴拉伸应变下连续的相变和磁畴图案的形成。我们的研究为应变控制磁畴设计的发展提供了理论基础。
2022-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of asymmetrically deformed skyrmion driven by internal forces and strain force in a flower-shaped magnetic nanostructure
该研究通过微磁模拟与半解析模型揭示花形磁性纳米结构中非对称形变斯格明子受内力和应变力驱动的动力学，并实现应变脉冲调控。
2024-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Blowing Magnetic Skyrmion Bubbles
肥皂泡形成时，吹空气通过悬浮薄膜肥皂水和这种现象娱乐儿童和成人一样。从薄膜形成的肥皂泡伴随着拓扑转变，因此自然的问题是，这个概念是否适用于其他拓扑状态的产生。在这里，我们将展示如何磁拓扑结构，即一个skyrmion泡，可以在一个固态系统中以类似的方式产生。除了能够在一个新的物理系统中研究复杂的表面张力驱动的动力学，这一观察也具有实际意义，因为磁skyrmions的拓扑电荷已被设想为新的数据处理技术的信息载体。实现这一目标的一个主要目标是在室温下实验性地创造和操纵单个移动的skyrmions。通过在反转不对称性被破坏的系统中利用非均匀面内电流，我们实验性地将磁skyrmion泡吹过几何收缩。空间上发散的自旋-轨道力矩的存在引起磁畴结构的不稳定性，这使人联想到流体流动中的瑞利-高原不稳定性。在实验上，我们可以确定的电流与磁场相图的skyrmion形成，我们揭示了这些动态创建skyrmion的有效操纵，包括脱钉和运动。所展示的电流驱动的从条纹域到磁性skyrmion气泡的转变可以为实现基于skyrmion的自旋电子学提供额外的途径。
2015-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature chiral magnetic skyrmion in ultrathin magnetic nanostructures
磁性Skyrmions是一种具有旋转构型的手征自旋结构。它们的拓扑性质，纳米尺寸以及它们可以通过小电流密度移动的事实为在纳米尺度上操纵磁化开辟了一个新的范例。迄今为止，手性skyrmion结构仅在体材料和外延薄膜中以及在外部磁场或低温下得到实验证实。在这里，我们报告的观察稳定skyrmions溅射Pt/Co/MgO纳米结构，在室温和零施加磁场。我们使用高横向分辨率的X射线磁性圆二色性显微镜来成像它们的手性Néel内部结构，我们解释为由于自旋波光谱测量所揭示的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的大强度。我们的研究结果证实了微磁模拟和数值模型，这使得识别的物理机制的大小和稳定性的skyrmions。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Zero Field Antiferromagnetically Coupled Skyrmions and their Field-Driven Uncoupling in Composite Chiral Multilayers
该研究设计复合AF手性多层膜，利用AF与FM层间耦合形成紧凑补偿型斯格明子，实现零场稳定，并揭示其在交换场以上的场驱动解耦。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Real-space topology-engineering of skyrmionic spin textures in a van der Waals ferromagnet Fe3GaTe2
本文利用磁力显微镜在室温铁磁体 Fe3GaTe2 中实现了斯格明子晶格的可控擦除与绘制，构建了拓扑斯格明子结，并验证了其在自旋极化电流下的拓扑稳定性及自旋电子学应用潜力。
2024-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of magnetic topological textures via perpendicular strain and polarization in van der Waals magnetoelectric heterostructure
本文通过第一性原理计算和原子级模拟，在范德华磁电CrISe/In2Se3异质结构中利用垂直应变或电场，在无外磁场条件下实现了斯格明子/双半子的产生、湮灭、转换、尺寸调控及磁化翻转，并揭示了强Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和可调磁各向异性能的关键作用。
2023-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large voltage tuning of Dzyaloshinskii-Moriya Interaction: a route towards dynamic control of skyrmion chirality
磁性的电控制是高效和低功率自旋电子器件的先决条件。更具体地说，在重金属/铁磁体/绝缘体异质结构中，电压门控已经被证明可以局部地和动态地调整磁特性，如界面各向异性和饱和磁化强度。然而，其对界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction，Dzyaloshinski-Moriya Interaction，Dzyaloshinski-Moriya Interaction）的影响对于磁性skyrmions的稳定性至关重要，这一点一直难以实现，并且尚未报道过Dzyaloshinskii-Moriya薄膜。在这里，我们证明了130%的变化与电场在Ta/FeCoB/TaOx三层通过布里渊光光谱（BLS）。使用极性磁光克尔效应显微镜，我们进一步显示了一个单调的变化，电场，具有前所未有的效率的磁泡和skyrmionic气泡的大小。通过我们的观察，我们预计，一个符号反转的电场是可能的，导致手性开关。这种动态的控制建立了一个额外的控制程度，以工程可编程的skyrmion为基础的存储器或逻辑设备。
2018-06-26 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
Breathing modes of confined skyrmions in ultrathin magnetic dots
本文从理论上研究了单磁Skyrmion在磁膜点中的动力学行为。所考虑的系统是具有垂直磁各向异性的过渡金属铁磁体，并特别注意到的skyrmions垂直驱动场的动态响应。通过使用微磁学模拟，它表明，呼吸模式可以杂交与几何量子化的自旋波本征模的圆点考虑，导致不同的行为均匀磁化系统的功率谱中的独特功能。呼吸模式的场依赖性提供了在实验中检测和表征这种skyrmion状态的直接手段。
2014-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of RKKY and dipolar interaction on the nucleation of skyrmion in Pt/Co multilayer with Ir spacer
本研究针对含Ir间隔层的Pt/Co合成反铁磁多层膜，探究RKKY与偶极相互作用对斯格明子稳定的影响，通过成像与输运测量证实手性斯格明子存在，揭示Co层厚度对斯格明子尺寸与密度的调控规律，为斯格明子稳定与操控提供新方案。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Controlling the helicity of magnetic skyrmions by electrical field in frustrated magnets
在中心对称结构中由挫折产生的skyrmions拥有额外的内部自由度：涡度和螺旋度，从而产生独特的性质和潜在的功能，这是不共享的skyrmions源于Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在非中心对称结构。目前的工作表明，磁驱动的电极化的强度进行skyrmions提供了一个直接的处理调谐螺旋度。特别是对于面内磁化的Skyrmions，通过外加电场，无论是Skyrmions还是反Skyrmions，螺旋度都可以连续旋转并精确拾取。面内单轴各向异性有利于这种操纵。
2020-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetoelectric imprint of skyrmions in van der Waals bilayers
针对斯格明子难以追踪与操控的问题，本文提出利用范德华双层膜中的滑移铁电与近邻耦合，将磁性斯格明子等周期印记为电学斯格明子，从而实现其全电学读取与操控。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Field-driven skyrmion motion through velocity equipartition between skyrmions and a domain wall
磁skyrmions，作为一个旋转的自旋结构与轴对称，不能被推动一个均匀的磁场。因此，已经报道的skyrmion运动是使用其他种类的刺激诱导的;通常，磁性金属中的电流以及自旋波、热梯度和场梯度都表现出它们驱动skyrmion运动的能力。在这里，我们证明，通过微磁模拟和分析，磁skyrmions可以通过一个均匀的垂直磁场通过畴壁（DW）调解人。对于固定的场强，skyrmion训练的速度以1 /（1 + Ns）的形式演化，其中Ns表示skyrmion的数量。基于Thiele的模型，我们再现了速度-Ns关系首次确定从数值结果，并揭示了skyrmion DW和skyrmion间的排斥提供了直接的驱动力skyrmion运动。这项研究强调了自旋织构的相互作用在skyrmion动力学中的作用，并为skyrmion操纵开辟了一条新的途径，特别是与绝缘磁体相关的。考虑到磁和电之间的对应关系，我们预计该方案也适用于铁电体中的极性skyrmion。
2022-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging the ultrafast coherent control of a skyrmion crystal
本研究针对斯格明子的确定性动力学操控难题，提出利用圆偏振飞秒激光脉冲通过逆法拉第效应激发集体磁振子模式，实现斯格明子晶体的超快相干旋转控制，为高速自旋逻辑器件研发提供了新途径。
2022-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Voltage control of skyrmions: creation, annihilation and zero-magnetic field stablization
电压操控skyrmions是一条很有前途的低能量自旋电子器件的途径。在这里，在GdOx/Gd/Co/Pt异质结的skyrmions电压效应的实验观察。结果表明，在一定的磁场作用下，skyrmion态的开和关可以通过电场的作用而被增强和耗尽。此外，零磁场skyrmion状态可以在负偏置电压下使用定义的电压和磁场序列来稳定。这里测量的电压效应发生在几秒的时间尺度上，表明电压控制的磁各向异性的起源，而不是离子效应。通过研究skyrmion成核速率与温度的关系，我们提取了样品中skyrmion成核的能垒。此外，微磁学模拟被用来探讨改变各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用对skyrmion密度的影响。我们的工作演示了通过电压控制skyrmions，显示商业设备所需的功能。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gyrotropic resonance of individual Néel skyrmions in Ir/Fe/Co/Pt multilayers
磁性Skyrmions是最近在室温（RT）下发现的多层膜中的纳米自旋结构。利用他们的新的拓扑性质对令人兴奋的技术前景需要一个机械的理解的激发和弛豫机制，其稳定性和动态。本文报道了Ir/Fe/Co/Pt多层膜中RT Néel skyrmions的磁化动力学。我们观察到一个无处不在的微波吸收光谱中的激发模式，所产生的拓扑skyrmions的回旋共振，并在很宽的温度范围和样品组合物的鲁棒性。模拟和分析计算的组合建立，频谱是由独特的多层的层间和界面的磁相互作用的相互作用，产生强烈的skyrmion共振重整化到较低的频率。我们的工作提供了拓扑自旋结构的时空动力学的基本光谱的见解，并对他们的功能化在纳米器件的关键方向。
2018-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic Skyrmion Bundles and Their Current-Driven Dynamics
拓扑电荷的量子化决定了各种拓扑自旋纹理，预计将在未来的自旋电子器件中发挥关键作用。虽然具有单位拓扑荷Q的磁skyrmion已经被广泛研究，但具有其他整数值的自旋织构迄今尚未得到很好的验证。在这里，我们报告的真实空间的图像，创建和操纵的一种类型的多Q三维skyrmion纹理，其中一个圆形的自旋螺旋关系一束skyrmion管。我们将这些对象定义为skyrmion束，并在我们的实验中显示它们具有从负到至少55的任意整数值Q。这些纹理表现为准粒子的动力学集体运动的电脉冲驱动。与Skyrmion类似，非零Q的Skyrmion束也表现出Skyrmion霍尔效应，霍尔角为62度。特别令人感兴趣的是，具有Q = 0的skyrmion束在没有skyrmion霍尔效应的情况下相对于电流共线地传播。我们的研究结果为多Q磁性物体在未来自旋电子器件中的可能应用开辟了新的视角。
2021-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical detection of magnetic skyrmions by non-collinear magnetoresistance
磁skyrmions是本地化的非共线自旋织构与未来的自旋电子应用的高潜力。Skyrmion相已经在许多材料中被发现，并且当前研究的焦点是用于在设备中实现的单个Skyrmion的制备、检测和操纵。Skyrmions的局部实验表征已经由，例如，洛伦兹显微镜或原子尺度的隧道磁阻测量使用自旋极化扫描隧道显微镜。在这里，我们报告的微分隧道电导磁skyrmion所产生的非共线性的急剧变化：自旋通道之间的混合局部改变电子结构，使skyrmion电子不同的铁磁环境。我们提出这种非共线磁阻（NCMR）作为一个可靠的全电检测方案的skyrmions与一个简单的实现到设备架构。
2015-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dynamical Skyrmion State in a Spin Current Nano-Oscillator with Perpendicular Magnetic Anisotropy
研究了基于垂直磁各向异性Pt/[Co/Ni]磁性多层膜的自旋电流纳米振荡器的光谱特性。通过改变所施加的磁场和电流，实现了振荡的局域和传播自旋波模式。在小的领域，我们观察到一个突然发病的调制边带。我们使用微磁模拟来确定这种状态作为一个动态的磁skyrmion稳定在有源器件区域的自旋电流注入，其电流诱导的动力学是伴随着由于歪斜偏转的核心的回旋运动。我们的研究结果表明，在磁性薄膜中利用自旋电流对skyrmion进行可控操纵是一条实用的途径。
2015-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of magnetic excitations of skyrmion crystal in a helimagnetic insulator
Skyrmion是一种拓扑稳定的自旋织构，其中自旋方向包裹一个球体。拓扑性质引起了涌现的电磁现象，如拓扑霍尔效应。近年来，利用中子衍射和洛仑兹透射电子显微镜在手性螺旋磁体中观察到了纳米尺度Skyrmion的结晶。Skyrmions在低至$\sim$ 10 $^6$ A/m $^2$的电流密度下是相当可移动的，并且在某些情况下，直到接近室温时是稳定的。这些特征表明，skyrmions可能作为类似于气泡存储器的磁性稳定变量工作，但具有拓扑功能。本文从微波响应的角度研究了螺旋磁绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$中Skyrmion晶体的低能激发.我们观察到两种不同的激发的skyrmion具有不同的偏振特性;逆时针循环模式在1 GHz和呼吸模式在1.5 GHz。这些模式可能发挥了至关重要的作用，在低能量动力学的skyrmions，因此在他们的操纵通过外部刺激。
2012-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
