Topological nature of the proper spin current and the spin-Hall torque
本文推导了本征自旋电流的通用量子力学公式，揭示其拓扑性及在能隙中的有限性，并分析了拓扑绝缘体中自旋转矩的竞争机制。
2023-06-07 cond-mat.mes-hall
Non-equilibrium spin density and spin-orbit torque in three dimensional topological insulators - antiferromagnet heterostructure
研究了拓扑绝缘体-反铁磁体异质结构中的非平衡自旋密度和自旋轨道矩的行为。不像铁磁异质结构中的狄拉克锥是缺口由于时间反演对称性破缺，这里的狄拉克锥被保存。当输运能处于拓扑绝缘体表面能范围内时，我们证明了存在一个与阻尼转矩相对应的交错自旋密度，这对标量杂质是相当鲁棒的.我们显示的非平衡自旋密度的贡献，由于表面和散装拓扑绝缘体带。最后，我们发现拓扑绝缘体-反铁磁异质结构中的转矩具有角度依赖性，这与Rashba系统中的标准自旋轨道转矩一致，但界面耦合产生了一些额外的非线性效应.
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Intrinsic non-adiabatic topological torque in magnetic skyrmions and vortices
我们提出，拓扑自旋电流流动的拓扑非平凡的磁纹理，如磁skyrmions和涡旋，产生一个内在的非绝热扭矩的形式${\bf T}_t\sim [(\partial_x{\bf m}\times\partial_y{\bf m})\cdot{\bf m}]\partial_y{\bf m}$。我们发现，这种扭矩，这是不存在的一维畴壁和/或非拓扑纹理，是负责增强非绝热参数观察到的磁涡旋相比，一维纹理。这种扭矩对磁skyrmions运动的影响预计是至关重要的，特别是要确定其对缺陷和钉扎中心的鲁棒性。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall
Spin Orbit Torque in two dimensional Antiferromagnetic Topological Insulators
研究了二维铁磁（FTI）和反铁磁（AFTI）拓扑绝缘体中的自旋输运。在存在面内磁化的情况下，AFTI支持零能量模式，这使得能够在低能量下进行拓扑保护的边缘传导。我们解决了这些结构中的电流驱动的自旋扭矩的性质，并研究自旋无关的障碍的影响。有趣的是，在强无序的自旋扭矩发展的反阻尼组件（即{ \em甚至}磁化反转后）沿边缘，这可能使电流驱动的操纵反铁磁序参量。当系统尺寸增加时，以及当系统进入平凡绝缘体状态时，该抗阻尼力矩减小。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall
Effect of surface state hybridization on current-induced spin-orbit torque in thin topological insulator films
研究了在顶、底表面态杂化的情况下，拓扑绝缘体（TI）薄膜中的电流诱导自旋轨道矩。给出了自旋力矩与TI厚度之间的关系，并由此导出了使自旋力矩最大化的TI厚度的最佳值。我们数值计算表明，在典型的TI薄膜制成的$\mathrm{Bi_2Se_3}$，最佳的厚度约为3-5 nm。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall
Dirac Spin-Orbit Torques at the Surface of Topological Insulators
本文利用Kubo公式和Keldysh公式研究了拓扑绝缘体磁表面的自旋轨道力矩。通过分析推导出的自旋电荷方程，我们发现，所谓的狄拉克转矩具有不同的对称性相比，他们的Rashba对应，以及作为磁化方向的函数的高各向异性。特别地，当磁化位于拓扑绝缘体表面的平面中时，阻尼扭矩消失。这种特性具有重要的后果，在磁化动力学和开关，通过一个宏自旋模型数值证明。
2017-07-08 cond-mat.mes-hall
Dynamic Phase Diagram of an Orthogonal Spin Torque device: Topological Category
基于宏观自旋模型，研究了正交自旋力矩器件中自由层的磁化强度演化。在各种条件下，磁化矢量的轨迹表现出丰富的非线性特性。在电流密度和极化分布（面内和面外极化器的比率）的参数空间中获得相图。这些动态相可以根据它们的拓扑不同的非线性行为进行分类，即极限点和/或极限环。该拓扑分类方法对设计不同动态条件下的超快自旋力矩器件具有重要意义，可用于存储器、振荡器等应用领域。
2020-10-02 cond-mat.mes-hall
Topological spin-torque in non-collinear anti-ferromagnetic 3Q state
研究非共线反铁磁3Q态拓扑相中的自旋力矩，发现边缘存在非零力矩且方向依赖于边缘切割方式。
2024-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Metric Nonlinear Spin-Orbit Torque Enhanced by Topological Bands
本研究发现量子度量在非线性电自旋响应中起关键作用并产生量子度量自旋轨道转矩，拓扑金属的能带特征可放大该转矩，经模型和材料验证其幅值超线性转矩且可独立驱动磁开关。
2024-02-01 cond-mat.mes-hall
Spin-torque resonance due to diffusive dynamics at a surface of topological insulator
我们研究自旋-轨道力矩磁化在绝缘铁磁（FM）层，被带到一个非常接近的拓扑绝缘体（TI）。除了众所周知的类场自旋轨道扭矩，我们确定了各向异性的反阻尼类自旋轨道扭矩，起源于传导电子的扩散运动。这种扩散力矩在零动量的极限（即，e.对于空间上均匀的电场或电流），但是，如果外场既不平行于TI表面也不垂直于TI表面，则在有限频率下对自旋扭矩共振具有强烈的影响。所需的电场配置可以由格栅顶栅产生。
2019-05-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of spin-orbit torque in a magnetically doped topological insulator
电场对磁序的操纵在自旋电子器件中已被证明具有基础和技术上的重要性。到目前为止，电场对铁磁性、磁化强度和磁各向异性的控制已经在各种磁性材料中进行了探索，但对自旋轨道矩（SOT）的有效电场控制仍然是一个难题。在这里，我们报告了一个有效的电场控制的一个巨大的SOT在一个Cr掺杂的拓扑绝缘体（TI）薄膜使用顶栅FET结构。在可达的栅电压范围内，SOT强度可以调制4倍，并且与薄膜中的自旋极化表面电流表现出强相关性。此外，我们证明了磁化翻转扫描栅极电压与恒定电流和面内磁场施加在薄膜中。掺Cr的TI中的SOT的有效电场控制和巨大的自旋扭矩效率可能导致与现代场效应半导体技术兼容的节能栅控自旋扭矩器件的发展。
2015-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin-orbit torque in 3D topological insulator-ferromagnet heterostructure: crossover between bulk and surface transport
利用线性响应理论研究了由铁磁体沉积在三维拓扑绝缘体上构成的异质结构中电流驱动的自旋轨道矩。我们开发了一个紧束缚模型的异质结构，采用最小的界面杂交方案，促进诱导磁交换的拓扑表面状态，以及诱导Rashba样的自旋轨道耦合的铁磁体。因此，我们的模型考虑了自旋霍尔效应从体状态连同反向自旋电流和磁电效应在界面上平等的立足点。通过改变整个能带结构的输运能，我们发现了一个从表面为主的体为主的运输制度的交叉。我们表明，自旋密度分布和自旋轨道力矩的性质在这两个制度有很大不同。我们的研究结果，这与实验观察比较有利，表明最近报道的大阻尼扭矩更可能归因于界面磁电效应，而自旋霍尔扭矩仍然很小，即使在体占主导地位的制度。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall
Fluctuation-induced torque on a topological insulator out of thermal equilibrium
时间反演对称性破缺的拓扑绝缘体具有很强的磁电和磁光效应。虽然这些效应在平衡态或接近平衡态时已经被很好地理解，但非平衡态物理学的内容更丰富，但探索得更少。我们考虑一个拓扑绝缘体薄膜，弱耦合到一个铁磁体，与冷环境（量子电动力学真空）的热平衡。我们表明，热流的环境是强烈的圆极化，从而带走角动量和施加一个纯粹的波动驱动的扭矩上的拓扑绝缘体膜。利用Keldysh框架，我们研究了普遍的非平衡响应的TI与环境的温度差。最后，我们认为，这种效果的实验观察是触手可及的。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall
Spin Torque on Magnetic Textures Coupled to the Surface of a Three-Dimensional Topological Insulator
本文从理论上研究了具有空间变化磁化强度的铁磁薄层中的自旋力矩和磁化强度的动态变化。FM层沉积在拓扑绝缘体（TI）的表面上。在电子自旋沿磁化方向绝热弛豫的极限下，交换相互作用与TI的类Rashba表面织构之间的相互作用产生拓扑规范场.在规范场和外加电流的作用下，自旋力矩随电流的方向而变化。我们推导出了相应的有效各向异性场，从而修正的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，它描述了自旋力矩和磁化动力学。此外，我们研究了典型的磁纹理，如畴壁，skyrmion，和涡旋配置的有效字段。的估计强度的有效字段是典型的FM材料的开关领域，因此可以显着影响FM层的动态。
2013-03-28 cond-mat.mes-hall
Optimal field-free magnetization switching via spin-orbit torque on the surface of a topological insulator
提出一种在拓扑绝缘体表面实现无磁场磁化翻转的最优方案，解析推导出电流时间依赖性，发现类阻尼力矩趋于零时能效最佳，并设计了适用于实际系统的下啁啾旋转电流脉冲简化翻转方案。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Spin torque and persistent currents caused by percolation of topological surface states
拓扑绝缘体/铁磁金属（TI/FMM）双层薄膜是一种基于拓扑表面态的自旋电子学器件，其电流诱导自旋力矩效率最高。使用立方晶格模型，我们揭示了表面状态的狄拉克锥的TI可以逐渐合并到或高度交织的FMM体带，和表面状态渗透到FMM，并最终与量子阱态杂交在其中。磁化可以扭曲表面态的自旋-动量锁定，并产生不对称的能带结构，这导致室温持续充电电流的层流。此外，接近FMM也促进了持续的层流自旋电流。通过线性响应理论，我们阐述了表面态和FMM体带有助于电流诱导的自旋力矩，和他们的实波函数呈现的自旋力矩主要是类场的，与表面态的渗透程度的影响很大的幅度。另一方面，杂质可以改变Edelstein效应所预期的自旋极化，并产生类似阻尼的扭矩，并且即使当磁化指向面内并与电流方向正交时也会产生扭矩。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall
Resonance spin transfer torque in ferromagnetic/normal/ferromagnetic spin-valve structure of topological insulators
本文从理论上研究了由拓扑绝缘体（TI）构成的铁磁/普通金属/铁磁（FM/NM/FM）型自旋阀混合结构中的自旋电流和自旋转移矩的产生。我们证明了自旋转移矩的渗透到右铁磁层，并表明，与石墨烯自旋阀结，在TI的自旋转移矩是非常敏感的NM区域的化学势。作为重要的结果，通过改变NM间隔物的化学势和磁化方向，可以控制STT的所有组件。有趣的是，共振自旋电流和共振自旋转移力矩出现的能量从共振方程确定。通过增加NM间隔物的化学势，STT的幅度减小，而在$μ_N$的大化学势下，存在其中自旋电流和自旋转移矩都变为零的化学势区间。这些发现可能会为基于TI的自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）器件的应用开辟新的前景。
2018-08-25 cond-mat.mes-hall
Temperature-Dependent Spin-Orbit Torque Generation in Perpendicularly Magnetized Topological Insulator-Magnetic Multilayer Heterostructures
University of Leeds（利兹大学）
该研究探究垂直磁化拓扑绝缘体-磁性多层异质结的温度依赖自旋轨道转矩，发现含Bi₂Se₃的异质结转矩显著增强，TI衍生的自旋动量锁定电流主导大阻尼类转矩，且受界面结构和缓冲层厚度影响。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall
Strong Spin-Orbit Torque effect on magnetic defects due to topological surface state electrons in Bi$_{2}$Te$_{3}$
我们调查的自旋轨道扭矩施加在磁矩的过渡金属杂质Cr，Mn，Fe和Co，嵌入在拓扑绝缘体Bi $_{2}$ Te $ _{3} $的表面，响应于电场和随之而来的电流在表面。采用第一性原理计算方法，采用全势相对论Korringa-Kohn-Rostoker（KKR）格林函数方法求解了电子与杂质原子的多次散射问题，并将KKR方法与半经典Boltzmann输运方程相结合，计算了自旋轨道矩.我们分析了自旋轨道矩与缺陷中自旋积累和自旋通量的相关性。我们比较了不同磁性杂质上的转矩，并揭示了共振散射的影响。此外，我们还计算了电阻率和焦耳热作为这些系统中的扭矩的函数。我们预测Mn/Bi $_{2}$ Te $_{3}$是最佳的研究系统。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Competition-Induced Sign Reversal of Casimir-Lifshitz Torque: An Investigation on Topological Node-Line Semimetal
本文研究拓扑节线半金属中相对论与非相对论色散竞争诱导的Casimir-Lifshitz力矩符号反转现象，提出通过调节各向异性参数、化学势或衬底距离实现反转，并以Ca$_3$P$_2$系统进行了详细计算验证。
2022-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theory of current-driven dynamics of spin textures on a surface of topological insulators
自旋转移矩是拓扑绝缘体在自旋电子学中成功应用的重要物理量之一。在本文中，我们给出了磁拓扑绝缘体表面上自旋转移矩的解析表达式，该表达式包含了高阶动量、$k^2$项和六角翘曲的贡献。我们得到六种不同类型的自旋转移力矩，包括类场和类阻尼力矩;只有当高阶动量贡献包括在内时，它们中的四个才会出现。此外，我们还讨论了自旋转移矩驱动下拓扑绝缘体表面磁skyrmion的动力学行为。与传统金属中的Skyrmion动力学不同，我们发现动力学显著依赖于磁织构的内部结构。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torques due to topological insulator surface states: an in-plane magnetization as a probe of extrinsic spin-orbit scattering
研究TI表面态在面内磁化下的自旋轨道力矩，揭示外禀自旋轨道散射导致的显著重整化与密度依赖，并提出两种实验判据加以探测。
2024-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological damping Rashba spin orbit torque in ballistic magnetic domain walls
由铁磁体/重金属界面反转对称性破缺得到的Rashba自旋轨道矩在自旋电子器件中具有潜在的应用价值。在传统的描述中的旋进和阻尼分量的Rashba自旋轨道转矩的磁化纹理，分解系数被假定为是独立的拓扑结构的基础结构。与这一常识相反，对于薛定谔电子弹道式地穿过磁畴壁，我们发现阻尼分量的分解系数由畴壁的拓扑结构决定。所得到的阻尼Rashba自旋轨道扭矩受到底层磁畴壁的拓扑结构的保护，并且对于与理想磁畴壁轮廓的小偏差是鲁棒的。我们确定的拓扑阻尼Rashba自旋轨道力矩分量在磁畴壁将有助于理解实验电流驱动的畴壁运动的铁磁体/重金属系统与破缺反转对称性，并促进其利用创新的设备设计。
2020-02-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Semi-Quantized Spin Pumping and Spin-Orbit Torques in Topological Dirac Semimetals
研究了具有旋进磁化的铁磁绝缘体与拓扑狄拉克半金属之间的自旋和电荷输运现象随时间的发展过程。与常规金属相比，拓扑狄拉克半金属在自旋电流作用下表现出很强的逆自旋霍尔效应。结果表明，感应电荷电流是半量子化的，即，当系统处于拓扑Dirac半金属相时，它只与两个Dirac点在动量空间中的距离有关，而与无序强度几乎无关。作为逆效应，我们证明了施加在拓扑狄拉克半金属上的电场通过交换作用和半量子化自旋霍尔效应对铁磁绝缘体中的局域磁化强度施加自旋矩.我们的研究表明，拓扑狄拉克半金属提供了一个耗散较少的平台，自旋电荷转换和自旋开关。
2019-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Tunable Spin-Orbit Torque and Anisotropic Magnetoresistance in a Topological Insulator Thin Film Attached to Ferromagnetic Layer
研究了拓扑绝缘体（TI）薄膜和磁性绝缘体混合结构中的自旋-电荷转换现象。我们发现一个各向异性的逆自旋电流效应（ISGE），产生一个高度可调的自旋轨道力矩（SOT）。在准弹道极限下，我们还预测了低掺杂时的巨各向异性磁电阻效应。这些效果，没有对应的厚TI，依赖于同时存在的表面状态和面内磁化之间的杂交。ISGE和AMR都表现出对磁化强度和费米能级位置的强烈依赖性，并且可以用于纳米级的自旋电子学和基于SOI的应用。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall
Non-Hermitian topology of one-dimensional spin-torque oscillator arrays
磁系统已经从基础物理学的角度和作为各种应用的构建块进行了广泛的研究。它们的拓扑性质，特别是那些激发，仍然相对未被探索，由于其固有的耗散性质。最近引进的非厄米拓扑分类开辟了新的机会，工程拓扑相耗散系统。在这里，我们提出了一个非厄米拓扑系统的磁振子实现。我们的建议的一个关键因素是自旋电流注入到磁系统中，这会改变甚至可以改变描述耗散的术语的符号。我们表明，一个阵列的自旋力矩振荡器的磁动力学可以映射到一个非厄米特苏-施里弗-海格尔模型表现出拓扑保护的边缘状态。使用精确对角化的线性动力学和数值解的非线性运动方程，我们发现，拓扑磁振子相位可以通过调整注入到阵列的自旋电流。在拓扑非平凡的制度，一个单一的自旋扭矩振荡器的边缘上的阵列被驱动到自动振荡，并发出微波信号，而散装振荡器保持不活动。我们的研究结果有实际效用的存储设备和自旋电子学神经网络依赖于自旋力矩振荡器作为组成单元。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque and spin-polarization in topological-insulator/ferromagnet vertical heterostructures
我们预测了一个非常规的自旋转移矩（STT）作用于N/TI/F垂直异质结构中的自由铁磁（F）层的磁化强度，它起源于三维拓扑绝缘体（TI）表面的强自旋轨道耦合（SOC），以及来自电荷电流在其从正常金属（N）流动时在传输方向上变成自旋极化的电荷电流，在TI板的大部分上。不像对称F '/I/F磁性隧道结中的常规STT（其中仅平面内STT分量在线性响应中为非零），平面内和垂直扭矩在N/TI/F结中都是相当大的，同时不需要固定的F'层作为自旋极化器，这对于自旋电子应用是有利的。使用非平衡Born-Oppenheimer处理之间的相互作用的快传导电子和慢磁化，我们推导出一个通用的Keldysh格林函数为基础的STT公式，这使得它可以分析扭矩中存在的SOC无论是在散装或在界面处的自由F层。
2012-02-29 cond-mat.mes-hall
Improved Domain Wall Dynamics and Magnonic Torques using Topological Insulators
我们调查的磁化动力学时出现的薄膜铁磁体沉积在拓扑绝缘体（TI），特别是专注于畴壁运动通过电流和自旋波扭矩作用于磁化的可能性。我们分析表明，磁畴壁和TI之间的耦合去除了简并的壁轮廓相对于其手性和拓扑电荷。此外，我们发现，域壁运动的沃克击穿的阈值大大增加，并确定与TI的相互作用，允许更高的可达到的壁速度比在传统的情况下，难轴各向异性确定沃克阈值。最后，我们表明，允许的模式的自旋波激发和随后的磁化动力学在TI耦合的存在下，即使在均匀的磁化纹理上的磁振子扭矩作用。我们的研究结果表明，TI-铁磁体相互作用的磁化动力学具有类似的效果，作为一个内在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的铁磁体。
2014-08-04 cond-mat.mes-hall
Lossless Spin-Orbit Torque in Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$
本文量化了少数七重层MnBi$_2$Te$_4$中由电场驱动且具层分辨特性的自旋轨道力矩，发现其可独家激发奇特交换磁共振，并通过无焦耳热的拓扑电荷泵浦实现电功率向磁动力学的无损转换。
2024-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh efficient spin-orbit torque magnetization switching in all-sputtered topological insulator - ferromagnet multilayers
具有大垂直磁各向异性的铁磁体的自旋轨道力矩（SOT）磁化翻转在下一代非易失性磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。这就需要一个高性能的纯自旋电流源，具有大的自旋霍尔角和高的电导率，这可以通过大规模生产技术制造。在这项工作中，我们证明了高效和强大的SOT磁化开关在所有溅射的BiSb拓扑绝缘体垂直磁化Co/Pt多层膜。尽管通过工业友好的磁控溅射而不是实验室分子束外延来制造，但是拓扑绝缘体层BiSb显示出$θ$ $_{SH}$ = 12.3的大自旋霍尔角和$σ$ = 1.5 x $10^5$ $Ω^{-1}$ m $^{-1}$的高电导率。我们的研究结果证明了BiSb拓扑绝缘体用于实现超低功耗SOT-MRAM和其他基于SOI的自旋电子器件的大规模生产能力。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of spin-orbit torques by interface engineering in topological insulator heterostructures
(Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$拓扑绝缘体（TI）由于其大的电荷-自旋转换效率和可用于操纵铁磁体（FM）的磁化的随之而来的自旋-轨道转矩（SOT）而引起越来越多的关注。然而，扭矩的起源仍然难以捉摸，而在TI/FM界面的杂化状态和强物质混合的影响基本上是未探索的。通过结合界面化学分析和自旋转移铁磁共振（ST-FMR）测量，我们证明了混合在SOTs的产生中起着关键作用。通过插入合适的普通金属间隔物，减少了材料混合，并且大大改善了界面处的TI特性，从而导致SOT性质的强烈变化。一个显着增强的类场扭矩，反对和超越奥斯特场扭矩，观察到，这可以归因于非平衡自旋密度在Rashba分裂表面带和抑制自旋记忆损失。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall
Spin torques and anomalous velocity in spin textures induced by fast electron injection from topological ferromagnets: The role of gauge fields
提出分析拓扑铁磁源快速电子注入下自旋纹理磁化动力学的新方法，揭示规范场与相对论偶极矩产生的类阻尼/反类阻尼转矩及类似拓扑霍尔效应的反常速度。
2023-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering the dynamics of topological spin textures by anisotropic spin-orbit torques
将拓扑稳定的磁织构如Skyrmions作为纳米级信息载体集成到未来技术中需要通过电流进行可靠的控制。在这里，我们发现，相关的skyrmion霍尔效应，它描述了从当前的流动方向移动skyrmion的偏转，获得重要的修正，由于各向异性的自旋轨道转矩，改变拓扑自旋结构的动态。因此，我们提出了一个可行的手段操纵电流诱导运动的skyrmions和antiskyrmions。在此基础上，通过第一性原理计算和对称性论证，证明了在Ir/Co/Pt和Au/Co/Pt磁性多层膜中，自旋织构的运动可以通过材料设计来定制.我们的工作推进了对这些磁纹理的电流诱导动力学的理解，这是大量存储器和逻辑应用的基础。
2019-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Drastic emergence of huge negative spin-transfer torque in atomically thin Co layers
电流感生畴壁运动作为新兴磁存储器件的关键工作原理，在过去几十年中引起了人们的极大关注。旋轨矩作为电流诱导DW运动的主要驱动力，目前已被提出并得到了广泛的研究。然而，我们在这里证明，存在另一个驱动力，这是大于超薄Co膜的SOT。此外，发现当前力的方向与自旋转移力矩（STT）的预测相反，导致DW沿当前方向运动。的对称性的力量和其特有的依赖DW结构表明，目前的力量是，最有可能的，归因于相当大的增强的非绝热STT与负自旋极化在原子薄的Co层。这些发现为提高整体自旋力矩效率开辟了一条新的途径，这是新兴自旋电子器件的关键参数。
2017-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-linear antidamping spin-orbit torque originating from intra-band transport on the warped surface of a topological insulator
最近的实验观察到的三维拓扑绝缘体表面上的一个大的反阻尼自旋轨道力矩（SOT）的启发，我们调查的起源电流诱导的SOT超出线性响应理论。我们发现，一个强大的反阻尼SOT产生的带内跃迁的非线性响应，并不需要带间跃迁的情况下，在线性传输机制。翘曲和面内磁化的联合效应产生非线性抗阻尼SOT，其可以超过本征的几个数量级，这取决于翘曲参数和费米能的位置，并表现出复杂的依赖于磁化的方位角。这种非线性的SOT为最近实验中观测到的巨SOT提供了另一种解释。
2021-11-05 cond-mat.mes-hall
Topological-Berry-phase-induced spin torque current in a two-dimensional system with generic $k$-linear spin-orbit interaction
研究了具有一般$k$ -线性自旋轨道相互作用的二维系统中费米面上的Berry相及其对守恒自旋流的影响。利用Kubo公式计算了有效守恒自旋电流对由常规电流和自旋矩电流组成的外加电场的响应。我们发现，传统的自旋电流不是由Berry相位效应决定的。值得注意的是，自旋力矩霍尔电流被发现是成比例的Berry相位，和纵向自旋力矩电流消失，因为Berry相位效应。当$k$ -线性自旋轨道相互作用主导系统时，费米表面上的Berry相保持两个不变性质。一个是由Berry相保护的自旋力矩电流的大小不受能量色散的小波动的影响。另一个是即使能量分散不是球对称的，所施加的电场方向的变化也不会改变自旋矩电流的大小;即，Berry相效应不依赖于二维材料取向。自旋力矩流是所有$k$ -线性系统的通用值，如Rashba、Dresselhaus和Rashba-Dresselhaus系统。费米面上的Berry相的拓扑数表示$k$ -线性系统中自旋的轨道手征的相位。拓扑数的变化导致相变，其中自旋$s_z$和$-s_z$的轨道手性被交换。我们发现，自旋力矩电流可以通过实验测量。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large out-of-plane spin-orbit torque in topological Weyl semimetal candidate TaIrTe4
本研究针对传统SOT材料面外自旋极化电流不足的问题，利用拓扑外尔半金属候选材料TaIrTe4在室温下实现了大面外类阻尼SOT，其自旋霍尔电导率比已有报道高一个数量级，可用于高能效无外场自旋电子器件开发。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall
Topological spin-torque diode effect in skyrmion-based magnetic tunnel junctions
本研究提出并验证了基于斯格明子的磁性隧道结中的拓扑自旋扭矩二极管，实现了室温下对斯格明子动力学的电激发与检测，为节能微波器件提供了新方案。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall
Strained topological insulator spin-orbit torque random access memory (STI-SOTRAM) bit cell for energy-efficient Processing in Memory
本文提出一种应变拓扑绝缘体自旋轨道矩随机存取存储器位单元，利用压电应变门控和TI高转换效率实现低功耗存内计算，模拟显示能耗显著低于传统重金属方案。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall
Spin transfer torques due to the bulk states of topological insulators
本文研究了拓扑绝缘体体态引起的自旋力矩，发现体态在均匀磁化下不产生自旋轨道力矩，而是因界面磁化不均匀产生非传统的自旋转移力矩，并指出该力矩在实际样品中可能占主导且可通过面内外磁化下自旋密度符号反转来实验验证。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall
Unraveling the dynamics of magnetization in topological insulator-ferromagnet heterostructures via spin-orbit torque
该研究通过分析拓扑绝缘体-铁磁体异质结构中的磁化动力学，揭示自旋各向异性与自旋轨道转矩对自旋翻转的调控作用，并建立涵盖不同能量、阻尼和频率的动力学相图。
2024-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edelstein effects, spin-transfer torque, and spin pumping caused by pristine surface states of topological insulators
用半经典方法研究了三维拓扑绝缘体的原始表面态引起的Edelstein效应。随机杂质散射和自旋动量锁定的无隙狄拉克锥的组合效应产生电流诱导的表面自旋积累与化学势和温度无关。在不与拓扑绝缘体直接接触的附近铁磁物质中，原始表面态的束缚态性质导致完全类似场的自旋转移扭矩，其大小受到界面清洁度和铁磁物质的量子阱状态的高度影响。通过将量子隧穿引入Bloch方程，将表面态所介导的自旋泵效应描述为与自旋转移矩相同的自旋混合电导，并提出了一种半经典方法来解释将自旋泵自旋流转化为电荷流的逆Edelstein效应.将详细阐述这些结果与各种实验的一致性。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall
Room temperature magnetization switching in topological insulator-ferromagnet heterostructures by spin-orbit torques
具有自旋动量锁定拓扑表面态的拓扑绝缘体（TI）在TI/铁磁体系统中表现出巨大的自旋轨道矩（SOT）。到目前为止，TI SOT驱动的磁化开关仅在1.9 K的Cr掺杂TI中报道。在这里，我们直接显示了巨大的SOT驱动的磁化翻转Bi 2Se 3/NiFe异质结在室温下捕获使用磁光克尔效应显微镜。我们确定了一个大的电荷自旋转换效率为~1-1.75的薄TI膜，其中TSS是占主导地位的。此外，我们发现磁化翻转所需的电流密度非常低，约为6x10^5 A cm-2，比重金属小一到两个数量级。我们的示范室温磁化开关的传统的3D铁磁体使用Bi 2Se 3可能会导致潜在的创新TI为基础的自旋电子应用。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals torque and force between anisotropic topological insulator slabs
我们研究了两个共面和介电各向异性的拓扑绝缘体（TI）平板之间的范德华（vdW）扭矩和力的特性，其中平板的光轴都垂直于平板间隙界面的法线方向，并且通常彼此取向不同。我们发现，除了磁电耦合强度，各向异性也可以影响vdW力的符号，即，如果各向异性充分增加，则排斥vdW力可以变为吸引力。此外，vdW力作为TI板的光轴之间的角度差的函数振荡，对于为$π$的整数（半整数）倍的角度差，vdW力是最排斥/最不吸引（最不排斥/最吸引）的。我们的第三个发现是，TI板的VDW扭矩一般比普通介质板弱。我们的工作提供了第一个实例，其中矢量势出现在计算的vdW相互作用的限制是非延迟或静态的。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Transfer Torque Generated by the Topological Insulator Bi_2Se_3
磁性器件是实现非易失性存储器和逻辑技术的领先竞争者，可以扩展到高密度和高速，并且不会磨损。然而，磁存储器和逻辑器件的广泛应用将需要开发使用尽可能少的电流和功率来重新定向其磁化的有效机制。最近在这方面取得了相当大的进展，特别是发现重金属/铁磁体双层中的自旋-轨道相互作用可以通过重金属中的自旋霍尔效应或铁磁体中的Rashba-Edelstein效应在磁性层上产生强大的电流驱动扭矩。作为寻找提供甚至更有效的自旋-轨道诱导转矩的材料的一部分，一些提议已经提出了拓扑绝缘体（TI），其具有表面状态，其中自旋-轨道耦合的效应在电子的自旋取向相对于其传播方向被锁定的意义上是最大的。实验结果表明，室温下在TI Bi_2Se_3的薄膜中面内流动的电荷电流确实可以对相邻的铁磁坡莫合金（Py = Ni_（81）Fe_（19））薄膜施加强的自旋转移力矩，其方向与拓扑表面态所预期的方向一致。我们发现Bi_2Se_3的每单位电荷电流密度的转矩的强度大于迄今为止测量的任何其他自旋转矩源材料，甚至对于其中表面态与体导电共存的非理想TI膜也是如此。我们的数据表明，TI有潜力使非常有效的磁性材料在室温下的存储器和逻辑应用的电气操作。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall
Nonzero Skyrmion Hall Effect in Topologically Trivial Structures
人们普遍认为，Skyrmion霍尔效应，通常破坏设备应用，消失的整体拓扑结构平凡的结构，如（合成）反铁磁skyrmion和skyrmionium由于马格努斯力的补偿。然而，在这份手稿中，我们报告说，在相反的情况下，自旋转移扭矩驱动的skyrmion运动，这一概念通常是错误的自旋轨道扭矩驱动的对象。我们发现，skyrmion霍尔角是直接关系到他们的螺旋度，并施加了一个意想不到的路障开发速度更快，更低的输入赛道存储器的基础上自旋轨道扭矩。
2021-10-13 cond-mat.mes-hall
Controlling Knot Topology in Magnetic Hopfions via Spin-orbit Torque
通过自旋轨道扭矩动态操控磁霍夫离子的霍夫数，揭示其拓扑转变机制，为拓扑记忆设备提供新思路。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological Spin-Orbit Torque in Ferrimagnetic Weyl Semimetal
本研究利用线性响应理论探究补偿型亚铁磁外尔半金属${\ m Ti}_{2}{\ m MnAl}$的自旋轨道力矩，发现其由所有占据电子态驱动，外尔点附近该效应占优且几乎不受无序影响，可通过外尔点附近的混合贝里曲率结构解释。
2024-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inducing and controlling rotation on small objects using photonic topological materials
光子拓扑绝缘体板违反洛伦兹互易性，导致表面导模的方向性。这种平面内方向性可以通过施加的磁场来印记。基于非互易介质中的宏观量子电动力学，我们证明了两个光子拓扑绝缘体表面受到一个可调的、依赖于磁场的Casimir矩的作用。由于方向性，该扭矩表现出独特的$2π$周期性，与对于具有$π$周期性的互易单轴双折射介质或波纹表面所遇到的卡西米尔扭矩形成对比。值得注意的是，扭矩的方向和强度可以通过简单地在系统上施加一个磁场在原位外部驱动，我们表明，这可以被利用来诱导控制旋转的小物体。我们的预测可以相关的纳米光机械实验和设备。
2018-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Wave Generation via Localized Spin-Orbit Torque in an Antiferromagnet-Topological Insulator Heterostructure
从理论上研究了拓扑绝缘体（TI）在相邻反铁磁薄膜中产生自旋波的自旋轨道矩。研究是基于微磁学Néel矢量动力学模拟和TI中输运性质的分析。结果清楚地表明，传播自旋波可以实现在反铁磁薄膜带通过本地化的激发，在一个很长的距离旅行。当Néel矢量以固定频率绕磁易轴进动时，由于非零阻尼，振荡幅度逐渐衰减。频率也被发现是可调的，通过驱动电流密度的强度。虽然体和表面状态的TI有助于诱导的有效扭矩，计算表明，表面电流起着主导作用，除了在严重退化的情况下，在体对应。与更常用的重金属相比，使用TI可以大大降低阈值电流密度以克服磁各向异性，使其成为自旋波产生的有效选择。纳米振荡器几何中的Néel矢量动力学也进行了研究。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature perpendicular magnetization switching through giant spin-orbit torque from sputtered BixSe(1-x) topological insulator material
由具有大自旋-轨道耦合的材料产生的自旋-轨道力矩（SOT）为超低功率和快速基于磁性的存储和计算设备提供了一条道路。采用直流平面霍尔方法研究了磁控溅射BixSe（1-x）/CoFeB异质结中BixSe（1-x）薄膜的SOT。值得注意的是，自旋霍尔角（SHA）被发现高达18.83，这是有史以来在室温（RT）下报道的最大值。此外，已经观察到使用来自BixSe（1-x）的SOT的垂直CoFeB多层的切换，其中在双层系统中报道了最低的切换电流密度：2.3 * 105 A/cm 2。巨大的SHA，光滑的表面，易于在硅衬底上生长膜，在BixSe（1-x）膜上成功生长和切换垂直CoFeB多层为BixSe（1-x）拓扑绝缘体（TI）材料用作SOT中的自旋电流发生器开辟了道路。基于存储器和逻辑器件。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit torques and magnetotransport properties of $α$-Sn and $β$-Sn heterostructures
拓扑绝缘体已经成为有效自旋-电荷相互转换的重要材料类别。迄今为止，除了$α$ -Sn之外，大多数拓扑绝缘体都是二元或三元化合物。在这里，我们报告了一个全面的表征的生长，磁输运性质，和电流诱导的自旋轨道扭矩的$α$ -Sn和$β$ -Sn为基础的铁磁异质结构。我们发现，$α$ -Sn生长的Bi表面活性剂在CdTe（001）促进大的自旋轨道转矩在铁磁FeCo层在室温下，与Pt相当，而$α$ -Sn生长没有Bi表面活性剂和非拓扑相，$β$ -Sn，诱导较低的扭矩。含Bi的$α$ -Sn的类阻尼和类场自旋轨道力矩效率分别为0.12和0.18。此外，我们发现，$α$ -Sn生长与Bi和没有提出了自旋霍尔类磁阻在重金属/铁磁体双层中发现的。我们的工作证明了$α$ -Sn铁磁异质结构中直接和有效的电荷-自旋转换，表明$α$ -Sn是一种有前途的材料，用于自旋电子器件中的电流诱导磁化控制。
2021-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological phonons in an inhomogeneously strained silicon-4: Large spin dependent thermoelectric response and thermal spin transfer torque due to topological electronic magnetism of phonons
非均匀应变硅与金属双层结构中，弯电子掺杂与拓扑声子的叠加导致声子的拓扑电子磁性。在铁磁金属和Si双层结构的情况下，挠曲电子掺杂也将产生更大的自旋电流，这将导致由于声子的拓扑电子磁性而导致的大的自旋到电荷转换。通过在施加的应变梯度下向铁磁金属/Si双层结构施加温度差，可以产生大的热电响应。在这项实验研究中，我们报告了一个大的自旋相关的热电响应在Ni 80 Fe 20/Si双层结构。自旋相关的响应被发现是一个数量级大于Pt薄膜和类似的拓扑绝缘体表面状态，尽管可以忽略不计的内在自旋轨道耦合的Si。这种大的响应归因于声子的挠曲电子掺杂和拓扑电子磁性，这是使用拓扑能斯特效应测量发现的。这种使用非均匀应变工程来解决自旋电流密度和自旋到电荷转换的替代和新颖的方法可以为使用金属和掺杂半导体层状材料实现自旋电子学和自旋热电子学器件打开新的窗口。
2021-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Describing synchronization and topological excitations in arrays of magnetic spin torque oscillators through the Kuramoto model
磁自旋力矩振子（STO）群体的集体动力学是现代磁学研究的热点。在这里，我们表明，通过偶极场耦合的STO阵列可以使用仓本模型，一个著名的数学模型，在非线性动力学的变体建模。通过研究STO阵列中的集体动力学，我们发现，在这样的系统中的同步是一个有限的尺寸效应，并表明临界耦合-一个完整的同步状态-标度与振子的数量。使用现实的值之间的偶极耦合强度STO，我们表明，这施加了一个上限的最大数量的振荡器，可以同步。此外，我们表明，缺乏长程序是与拓扑缺陷的形成相场类似的二维XY模型的铁磁性。我们的研究结果揭示了新的光同步的STO，其中控制几个振荡器的相互同步被认为是至关重要的应用。
2016-08-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall nlin.AO
