Nanoscale control of perpendicular magnetic anisotropy, interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction and skyrmions in the inversion-symmetry-broken Ru/Co/W/Ru films
铁磁体（FM）和重金属（HM）之间的界面上产生的自旋-轨道效应的增强是可能的，通过在层状膜中的结构反转对称性的强破缺。在这里，我们表明，在Ru/Co/Ru膜中的Co和Ru之间的C3 N4 W中间层的引入能够保持垂直磁各向异性（PMA），同时诱导大的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iiiT）。我们发现，Ru/Co/W/Ru薄膜的PMA高达0.35 nm的标称厚度的W（tW）。利用布里渊光散射（BLS）技术研究了Damon-Eshbach几何中自旋波的传播，发现随着tW的增加，自旋波的强度值急剧增加。当tW= 0.24nm时，最大吸收峰为-3.1erg/cm ~ 2，是准对称Ru/Co/Ru薄膜的10倍。在对称的HM/FM/HM三层体系中，通过界面工程化的纳米级反转不对称性同时控制PMA和iPhase强度的能力激发了对手性铁磁体的新的基本和实际兴趣，手性铁磁体是磁skyrmions的潜在宿主。
2017-09-05 cond-mat.mes-hall
Skyrmion Qubits: A New Class of Quantum Logic Elements Based on Nanoscale Magnetization
我们介绍了一类新的原始积木实现量子逻辑元件的基础上纳米级磁化纹理称为skyrmions。在Skyrmion量子比特中，信息存储在量子螺旋度中，并且逻辑状态可以通过电场和磁场来调节，提供了具有高非谐性的丰富操作机制。通过探索一个大的参数空间，我们提出了两个skyrmion量子比特变量取决于它们的量子化状态。我们讨论了适当的微波脉冲产生单量子位门量子计算，和skyrmion多量子位计划的可扩展架构与定制的耦合。可扩展性、微波场的可控性、操作时间尺度和非易失性技术的读出会聚使得skyrmion量子比特作为量子处理器的逻辑元件非常有吸引力。
2021-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Configurable pixelated skyrmions on nanoscale magnetic grids
拓扑自旋纹理可以用作非易失性信息载体。在这里，我们研究的电流感应动力学的一个孤立的磁skyrmion的纳米级的正方形网格钉扎图案所形成的正交缺陷线与减少磁各向异性。正方形网格上的skyrmion可以用网格的量化尺寸像素化。我们证明了在正方形网格上的skyrmion的位置，大小和形状是电配置。Skyrmion中心被量子化到网格上，并且Skyrmion可能显示跳跃运动而不是连续运动。我们发现，由于栅极的钉扎效应，Skyrmion霍尔效应可以被完全抑制。像素化的skyrmion可以用来构建未来的可编程赛道存储器，多态存储器和逻辑计算设备。我们的研究结果将为基于人工钉扎图案的像素化拓扑自旋纹理的数字信息存储和计算奠定基础。
2021-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Current-driven skyrmionium in a frustrated magnetic system
磁性Skyrmionium可以作为纳米级非挥发性信息载体，由于其特殊的零拓扑电荷结构，不存在Skyrmion霍尔效应。在这里，我们报告的静态和动态特性的孤立纳米skyrmionium在一个挫折的磁性单层，其中skyrmionium是稳定的竞争相互作用。受抑Skyrmionium具有约$10$ nm的尺寸，其可以通过调谐垂直磁各向异性或磁场来进一步减小。研究发现，在类阻尼自旋轨道力矩的驱动下，纳米尺度的Skyrmionium呈现出良好的布洛赫型螺旋度的定向运动。一个小的驱动电流或磁场可以导致不稳定的Néel型skyrmionium转变为亚稳定的布洛赫型skyrmionium。大的驱动电流会导致布洛赫型Skyrmionium的畸变和坍缩。我们的研究结果是有用的挫折skyrmionium物理的理解，这也提供了指导方针的自旋电子器件的设计基础上的拓扑自旋纹理。
2020-06-26 cond-mat.mes-hall
Prediction of stable nanoscale skyrmions in monolayer Fe$_5$GeTe$_2$
本文通过第一性原理计算和原子自旋模拟，预测单层Fe$_5$GeTe$_2$中因强DMI和适中磁晶各向异性可在约2 T以上磁场下稳定直径小于10 nm的斯格明子，其能量势垒与先进过渡金属超薄膜相当，且在20 K下可稳定数小时。
2024-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust formation of nanoscale magnetic skyrmions in easy-plane thin film multilayers with low damping
实验证明了在具有界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的易平面各向异性多层膜中，可以形成半径约为25 nm的室温Skyrmions.我们通过磁力显微镜检测到单个磁性skyrmion的形成，并发现skyrmion在高达约200 mT的面外场中是稳定的。我们确定了层间交换耦合以及界面耦合的强度。此外，我们研究了动态微波自旋激发的宽带磁共振谱。根据均匀Kittel模式，我们确定了磁各向异性和低阻尼$α_{\mathrm{G}} < 0.04$。我们还发现明确的磁共振签名的非均匀（skyrmion）状态。我们的研究结果表明，易平面多层膜中的skyrmions是有前途的自旋动力学应用。
2021-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Nanoscale Room-Temperature Multilayer Skyrmionic Synapse for Deep Spiking Neural Networks
磁skyrmions吸引了相当大的兴趣，特别是在最近的实验证明，在室温下的多层膜。Skyrmions的鲁棒性，纳米尺寸和非挥发性已经引发了对基于Skyrmions的低功耗，超密度纳米计算和神经形态系统（如人工突触）的大量研究。在未来的实际设备中集成skyrmionic突触需要室温操作。在这里，我们提出了一个纳米级的skyrmionic突触组成的磁性多层膜，使室温下的设备操作量身定制的最佳突触分辨率。我们证明，当嵌入这样的多层skyrmionic突触在一个简单的尖峰神经网络（SNN）与无监督学习通过尖峰时间依赖的可塑性规则，我们可以实现只有78%的分类精度在MNIST手写数据集在现实条件下。我们建议通过使用具有监督学习的深度SNN，可以将此性能显着提高到约98.61%。我们的研究结果表明，所提出的skyrmionic突触可以是一个潜在的候选人，为未来的能源效率的神经形态边缘计算。
2020-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin polarized STM imaging of nanoscale Néel skyrmions in an SrIrO3/SrRuO3 Perovskite Bilayer
自旋极化扫描隧道显微镜（SPSTM）被用来直接成像纳米级Néel skyrmions在SrIrO 3/SrRuO 3双层系统，是迄今为止在任何系统中报道的最小的。离轴磁控溅射被用来盖外延膜的氧化物铁磁体SRO与2个单位电池的SrIrO 3，旨在提供界面自旋轨道耦合。原子分辨率STM成像和隧道光谱被用来识别岛状SrIrO 3晶粒和小区域的裸SrRuO 3。孤立的skyrmions只观察到SrIrO 3覆盖的区域的膜，并表现出的平均直径为3 nm的大小和形状的分布。我们发现，skyrmions必须完全包含在内，但可能小于，任何给定的SrIrO 3区域。此外，skyrmions观察到SrIrO 3岛的不同厚度的SPSTM对比度没有损失，这表明磁纹理位于SrIrO 3岛，而不是下面的铁磁SrRuO 3。密度泛函理论计算表明，这可能是由于一个小的感应磁矩与IrO层在SrIrO 3膜。
2020-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronic temperature nanosensor based on the resonance response of a skyrmion-hosting magnetic tunnel junction
针对传统纳米热传感器的缺陷，提出基于斯格明子自旋电子二极管的纳米温度传感器，利用其激发振幅与频率的线性温度响应实现高灵敏度可靠测温，多层结构可进一步提升性能，为相关热自旋电子器件应用奠基。
2025-07-31 cond-mat.mes-hall
Spontaneous square vs. hexagonal nanoscale skyrmion lattices in Fe/Ir(111)
通过DFT与原子级自旋模型，揭示了Fe/Ir(111)中fcc堆叠形成方形斯格明子晶格而hcp堆叠倾向六角形近共线多Q态的机制，阐明多种交换相互作用对自旋晶格对称性的决定性作用。
2023-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulating the Topology of Nanoscale Skyrmion Bubbles by Spatially Geometric Confinement
中心对称磁体中磁skyrmion泡的发现受到研究界越来越多的关注，这是由于自旋拓扑织构的迷人物理学及其在自旋电子学中的可能应用。然而，关键的挑战仍然存在，如如何操纵skyrmion气泡的成核，以排除平凡的气泡或亚稳态skyrmion气泡，通常与skyrmion气泡在中心对称磁体中共存。在这里，我们报告已经成功地执行了这项任务，通过应用空间几何约束的中心对称受挫Fe 3Sn 2磁体。我们证明了空间几何约束确实可以稳定的skyrmion泡，有效地抑制平凡泡和亚稳态skyrmion泡的形成。我们还表明，限制Fe 3Sn 2纳米带中的skyrmion气泡的成核的临界磁场是急剧减少，由一个数量级，比在没有几何约束的薄板所需的。通过分析纳米条纹的宽度和厚度对skyrmion泡自旋织构的影响，我们推断skyrmion泡的拓扑跃迁与偶极-偶极相互作用密切相关，这与理论模拟结果一致.这里呈现的结果代表了操纵skyrmion气泡的拓扑自旋纹理的重要一步，使我们更接近于实现基于skyrmion的赛道存储器件的制造。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
All-magnetic control of skyrmions in nanowires by a spin wave
磁性skyrmions是拓扑保护的纳米尺度物体，是新型磁性和自旋电子器件的重要组成部分。在这里，我们研究了磁纳米线中自旋波驱动的skyrmion的动力学。结果表明：（i）skyrmion先加速，然后指数减速;（ii）它可以左右转弯;（iii）当skyrmion数为正（负）时，它总是向左（右）转弯.我们的结果将是自旋波驱动的Skyrmionic器件的基础。
2015-08-27 cond-mat.mes-hall
Physical foundations and basic properties of magnetic skyrmions
磁skyrmions（或涡旋）是空间不均匀的自旋纹理定位在纳米尺度的圆柱形区域。拓扑保护和小尺寸使得Skyrmions对于自旋拓扑和技术的研究特别有吸引力，其中信息由电子自旋进一步携带到电子电荷或代替电子电荷。尽管在合成轴对称磁skyrmion的材料中取得了成就，可以稳定和表征，但在阐明基本性质方面却有不成比例的进展。《透视》旨在弥合这一差距，并就控制这些磁旋的物理原理提供一个易懂的指南。
2020-08-03 cond-mat.mes-hall
Mobile Néel skyrmions at room temperature: status and future
磁skyrmions是拓扑保护自旋纹理，表现出许多迷人的功能。与体材料中的低温Bloch skyrmions相比，本文重点研究了具有界面破缺反转对称性的薄膜系统中的室温Néel skyrmions.具体来说，我们显示的稳定，创建和实现的Néel skyrmions，使电流引起的自旋轨道力矩。对于纳米Néel skyrmions，我们进一步讨论了从材料优化和成像表征的角度来看的挑战。
2016-03-01 cond-mat.mes-hall
Imaging and manipulation of skyrmion lattice domains in Cu2OSeO3
非中心对称螺旋磁网络中的纳米手性Skyrmion是高密度、低能量非易失性存储器中很有前途的二元态变量。Skyrmions作为一种有序的单域晶格相是无处不在的，这使得很难写入信息，除非它们在空间上被分解成更小的单元，每个单元代表一个比特。因此，Skyrmion晶格畴的形成和操纵是存储器应用的先决条件。在这里，使用基于共振磁X射线衍射的成像技术，我们展示了在Cu2OSeO3的skyrmion晶格域的映射和操纵。该材料由于其绝缘性质而特别令人感兴趣，允许电场驱动的域操纵。
2016-11-24 cond-mat.mes-hall
Electrical Detection of Individual Skyrmions in Graphene Devices
我们研究了位于磁性表面顶部的石墨烯霍尔探针作为Skyrmion的检测器，使用作为工作原理的异常霍尔效应由石墨烯电子与Skyrmion的非共面磁化的交换相互作用产生。我们研究了作为交换相互作用，skyrmion大小和设备尺寸的函数的效果的大小。我们的计算多端石墨烯nanodevices，工作在弹道制度，表明，对于现实的交换相互作用，一个单一的skyrmion会给霍尔电压以及达到的实验状态的最先进的。拟议的设备可以作为一个电换能器，标志着一个单一的skyrmion在纳米级区域的存在，铺平了道路，对集成的skyrmion为基础的自旋电子学和石墨烯电子学。
2017-02-22 cond-mat.mes-hall
Magnetostatics of Magnetic Skyrmion Crystals
磁性Skyrmion晶体是在具有Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的手征铁磁材料中产生的拓扑磁性织构。本文首次用微磁学模拟方法研究了磁性Skyrmion晶体产生的静磁场。对于Néel型Skyrmion晶体，场将在晶面的一侧消失，这取决于螺旋度;而对于布洛赫型Skyrmion晶体，场将分布在两侧，并且对于两个螺旋度是相同的。这些特征和静磁场的对称性关系可以从杂化三Q态的标量磁势和矢量磁势得到理解。讨论了利用磁性Skyrmion晶体与手征铁磁层的叠层结构在纳米尺度上构建静磁场的可能性，并对利用磁矩捕获和操纵中性原子具有潜在的应用前景。
2017-12-17 cond-mat.mes-hall
Programmable skyrmion logic gates based on skyrmion tunneling
磁skyrmions是有前途的候选人作为基本的纳米级位在逻辑存储器设备，本质上合并高密度存储器和计算能力。在这里，我们利用动态的skyrmions与各向异性能量势垒图案的离子辐照设计可编程逻辑门。使用微磁学模拟与实验参数，我们表明，微调的势垒高度和宽度允许选择性隧道的skyrmion之间的平行纳米轨道触发skyrmion-skyrmion相互作用。这可以用来设计skyrmion解复用器（DMux）逻辑门，其仅使用skyrmion作为逻辑输入。通过级联和连接具有特定拓扑结构的解复用器门，我们开发了一种完全可编程的逻辑门，能够产生任何可能的逻辑输出，作为由一组给定的输入产生的所有最小项的总和，而不需要任何复杂的额外的电/磁相互转换。所提出的设计是完全保守的和可扩展的，为基于全skyrmionic的逻辑存储器器件铺平了新的道路。
2022-05-17 cond-mat.mes-hall
A microwave field-driven transistor-like skyrmionic device with the microwave current-assisted skyrmion creation
磁性Skyrmion是纳米尺度上具有拓扑保护的畴壁结构，可以作为高级自旋电子器件的基本构件。在这里，我们提出了一个微波场驱动的skyrmion器件与晶体管的功能，在电压门控铁磁纳米轨道的skyrmion的运动进行了研究，通过微磁学模拟。结果表明，微波场可以通过激发自旋波来驱动Skyrmion的运动，并且Skyrmion的运动可以由门电压控制。我们还研究了微波电流辅助的skyrmion的创建，以方便操作的晶体管的skyrmionic设备上的源端。结果表明，适当频率的微波电流可以降低从铁磁背景中产生Skyrmion所需的阈值电流密度。所提出的类似晶体管的skyrmion器件在微波场和电流下工作，对于构建未来的基于skyrmion的电路可能很有用。
2017-10-03 cond-mat.mes-hall
Operando Control of Skyrmion Density in a Lorentz Transmission Electron Microscope with Current Pulses
磁性Skyrmions有望用于自旋电子器件。为了探索设备中skyrmions的动力学性质，一种纳米尺度的方法来成像自旋纹理响应于刺激是必不可少的。在这里，我们应用一种技术，在洛仑兹透射电子显微镜的手性磁器件的operando电流脉冲。在具有界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的铁磁多层膜中，我们研究了由于缺陷而被点状钉扎位置局域化的skyrmion的产生和湮灭。结合实验和微磁技术，我们建立了一个热贡献的创造和湮灭的skyrmions在我们的研究。我们的工作揭示了一个机制，控制skyrmion密度，这使得检查skyrmion磁场稳定性作为密度的函数。我们发现，高密度的skyrmion状态是更稳定的比低密度的状态或孤立的skyrmion抵抗湮灭的磁场范围内，随着密度单调增加。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall
Diameter-independent skyrmion Hall angle in the plastic flow regime observed in chiral magnetic multilayers
磁性Skyrmions是拓扑学上非平凡的纳米级物体。它们的拓扑结构起源于它们的手性畴壁缠绕，支配着它们对运动诱导力的独特响应。当受到电流时，自旋织构的手性缠绕导致skyrmion轨迹的偏转，其特征在于相对于所施加的力方向的角度。这个Skyrmion Hall角被认为是Skyrmion直径相关的。与此相反，我们的实验研究发现，在塑性流动制度的Skyrmion霍尔角是直径无关的。在平均速度为6 $\pm$ 1 m/s时，测得平均Skyrmion Hall角为9° $\pm$ 2°。事实上，在塑性流动区，skyrmion动力学是由当地的能源景观，如材料缺陷和当地的磁位形。
2019-08-12 cond-mat.mes-hall
Dynamics of ferrimagnetic skyrmionium driven by spin-orbit torque
磁性Skyrmionium是一种具有纳米尺度和高迁移率的类Skyrmion自旋织构。它是一种拓扑简单但动态稳定的结构，可以作为下一代自旋电子存储和计算设备的非易失性信息载体。在这里，我们研究的动力学skyrmionium驱动的自旋力矩在亚铁磁纳米轨道。结果表明，运动方向由Skyrmionium的内部构型和自旋极化矢量共同决定。此外，由内禀Skyrmion霍尔效应引起的Skyrmionium形变不仅与驱动力的大小有关，而且与净角动量有关。亚铁磁Skyrmionium在角动量补偿点处最稳定，其动力学与反铁磁Skyrmionium非常相似。斯基尔米恩霍尔效应是完全禁止的，其中可以通过测量磁化来观察斯基尔米恩的位置。此外，电流诱导动力学的亚铁磁skyrmionium的铁磁和反铁磁skyrmionium进行了比较。我们还比较了亚铁磁Skyrmionium和Skyrmion的运动。我们的研究结果将为亚铁磁自旋电子学器件的发展开辟一个新的领域。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall
Ultrafast nanoscale magnetic switching via intense picosecond electron bunches
与皮秒强电子脉冲相关的磁场被示出为局部切换扩展膜和纳米结构的磁化强度，并点燃局部自旋波激发。此外，拓扑保护的磁性纹理，如skyrmions可以迅速印在样品与残留的Dzyaloshinskiii-Moriya自旋轨道耦合。所产生的激发的特性，例如拓扑电荷或磁振子谱的宽度，可以通过电子脉冲的持续时间和强度来控制。这项研究指出了一种可能的方式时空控制产生的磁和skyrmionic激发。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Determination of chirality and density control of Néel-type skyrmions with in-plane magnetic field
磁性Skyrmions是拓扑保护的纳米自旋纹理，表现出迷人的物理行为。最近在磁性多层膜中对室温Néel型skyrmions的观察是将其用于超低功率器件的重要一步。利用原位洛伦兹隧道电子显微术研究了[Pt/Co/Ta]11多层膜样品在倾斜磁场作用下的磁化反转。在减小磁场时，出现单个的skyrmion，随后演变成蛇形结构，在与面内磁场相反的方向上生长。我们发现，这种不寻常的速度矢量和磁场之间的关系是由Néel型skyrmions的手征。它允许人们提取Dzyaloshinskiii-Moriya常数的符号。我们还表明，高浓度的skyrmions可以实现对增加的领域的面内分量。我们的微磁学模拟与我们的实验结果一致。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall
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
Current-Driven Dynamics of Skyrmions Stabilized in MnSi Nanowires Revealed by Topological Hall Effect
Skyrmions是一种新型拓扑稳定的自旋涡旋，由于其纳米级结构域可以实现高信息存储密度，并且其电流驱动运动的低阈值可以实现超低能耗，因此为下一代磁存储带来了希望。一维（1D）纳米线是理想的主机skyrmions，因为它们不仅作为一个天然的平台，磁赛道存储设备，但也可以潜在地稳定skyrmions。本文利用拓扑霍尔效应（THE）研究了MnSi纳米线中Skyrmion的相稳定性和电流驱动动力学。在扩展的磁场-温度窗口（15至30 K）中观察到THE，表明与体相（27至29.5 K）相比，纳米线中的skyrmion相稳定。此外，我们第一次研究了在这个扩展的skyrmion相区的skyrmion动力学，发现在高电流密度的$10^{8}-10^{9} Am^{-2}$纳米线的几何形状，随着电流密度的增加，THE降低，这表明电流驱动的skyrmion运动产生的新兴电场。这些结果开辟了探索纳米线作为一个有吸引力的平台，研究skyrmion物理在1D系统和利用skyrmion磁存储概念。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall
Skyrmions in nanorings: a versatile platform for Skyrmionics
通过微磁模拟和 Thiele 方程研究基于斯格明子的纳米环器件，提出频率可调时钟、交流发电机和热能收集器三种应用场景，并验证其在室温与缺陷条件下的功能，为节能纳米器件开辟新途径。
2023-09-11 cond-mat.mes-hall
Current-induced skyrmion generation and dynamics in symmetric bilayers
磁性Skyrmions是一种表现为准粒子的纹理，它在拓扑上不同于其他状态。他们在具有破缺反转对称性的系统中的发现引发了对在室温下含有这种磁相的材料的研究。它们的拓扑性质结合手性相关的自旋轨道矩使它们成为在纳米尺度上控制磁化强度的有趣对象。在这里，我们表明，一对具有相同的拓扑电荷和相反的手征耦合的skyrmions可以稳定在一个对称的磁性双层系统相结合的Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya）和偶极耦合效应。这种效应为Skyrmion稳定化开辟了一条新的途径，具有更低的介电常数。然后，我们证明了在一个单一的设备，两个不同的电极，这样的skyrmions可以有效地和独立地写入和移动的电流在大的速度。利用旋力作为拓扑滤波器，进一步证实了所观测到的准粒子的skyrmionic性质。这些结果为新兴的自旋电子技术奠定了基础，其中关于skyrmion稳定性，成核和传播的问题至关重要。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall
Dynamics of Polar Skyrmion Bubbles under Electric Fields
最近在氧化物超晶格中发现的室温极性Skyrmion泡，由于其纳米尺寸、涌现的手性和负电容等特性，在纳米电子学中具有潜在的应用价值，引起了人们极大的兴趣。对于实际应用，通过使用外部刺激可控地操纵它们的能力是先决条件。在这里，我们研究了在纳米尺度上使用原位偏置在扫描透射电子显微镜的个别极性skyrmion气泡的动力学。证明了电场驱动的拓扑极态和平凡极态之间的可逆相变.我们创造，删除和监控个别极地skyrmion的收缩和扩张。我们发现它们的相变行为与磁性类似物的相变行为有很大的不同。结合相场模拟结果，讨论了其产生机理。纳米极性skyrmion的可控操纵，使我们能够调整介电常数在原子尺度和详细的知识，他们的相变行为提供了基础，其在纳米电子学的应用。
2021-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lifetime of racetrack skyrmions
Skyrmion赛道是未来信息技术的一个很有前途的概念。在那里，二进制比特由纳米级的自旋漩涡（skyrmions）携带，沿着磁条驱动。Skyrmions的稳定性是实现该技术的关键问题。在这里，我们表明，赛道skyrmion寿命可以计算作为温度，磁场和磁道宽度的函数从第一性原理。我们的方法结合谐波过渡态理论扩展到包括Goldstone模式，原子自旋哈密顿参数化从密度泛函理论计算。我们证明了两种湮灭机制有助于skyrmion的稳定性：在低外部磁场，逃逸通过轨道边界占主导地位，但存在一个交叉领域，在内部的崩溃成为主导。考虑到Pd/Fe双层膜在Ir（111）衬底上作为一个成熟的模型系统，计算的寿命被发现是一致的报道的实验测量。我们的研究结果为预测模拟打开了大门，不受经验参数的影响，有助于设计基于skyrmion的信息技术。
2017-10-02 cond-mat.mes-hall
Single spin sensing of domain wall structure and dynamics in a thin film skyrmion host
Skyrmions是纳米级的磁性结构，具有未来低功耗存储器或逻辑器件的前景。在这项工作中，我们展示了新的扫描技术的基础上，氮空位中心磁强计，同时探测的磁动力学和结构的室温skyrmion气泡在薄膜系统Ta/CoFeB/MgO。我们确认了这种材料中的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的手性，并提取了Skyrmion气泡的螺旋角。我们的测量结果还表明，在这种材料中的skyrmion气泡的大小在离散的步骤中变化，取决于当地的钉扎环境，其平均大小动态确定为它们的域壁之间的钉扎站点跳。此外，增加磁场噪声附近的所有skyrmion气泡畴壁观察。这些测量突出了在薄膜系统中skyrmion气泡畴壁和钉扎位点的内部自由度之间的相互作用的重要性。我们的观察结果具有相关性的未来设备的基础上skyrmion气泡钉扎相互作用将确定电流驱动的运动的重要方面。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall
Fractional Skyrmion Tubes in Chiral-Interfaced Three-Dimensional Magnetic Nanowires
该研究通过3D打印双螺旋纳米线，在室温零磁场下实现分数布洛赫斯格明子管，并展示其磁重构能力，为拓扑自旋电子学提供新途径。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Bias-Engineered Synthetic Antiferromagnets Hosting sub-20 nm Zero-Field Skyrmions at Room Temperature
Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科技研究所）；Politecnico di Bari（巴里理工大学）；University of Basel（巴塞尔大学）；University of Messina（墨西拿大学）
通过引入新型SAF偏置系统，在零磁场下稳定铁磁Skyrmion和SAF Skyrmion，实现亚20纳米的最小SAF Skyrmion观测，为未来Skyrmion多层结构提供稳健可扩展的偏置方案。
2026-05-08 cond-mat.mes-hall
Majorana bound states in magnetic skyrmions
磁性Skyrmions是高度移动的纳米级拓扑自旋纹理。我们表明，无论是分析和数值，一个磁skyrmion的一个均匀的方位角绕组数放置在接近的s波超导体主机在其核心的零能量马约拉纳束缚态，当巡回电子和skyrmion之间的交换耦合是强的。这种马约拉纳束缚态是稳定的存在下的自旋轨道相互作用。我们建议使用超导三结实现非阿贝尔统计的马约拉纳束缚态。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Room Temperature Magnetic Skyrmions in Gradient-Composition Engineered CoPt Single Layers
本研究针对室温下纳米磁性斯格明子的稳定难题，通过组分梯度工程在CoPt单层中构建梯度DMI，成功观测到室温稳定的近似布洛赫型斯格明子，拓展了室温斯格明子材料体系。
2024-11-01 cond-mat.mes-hall
Skyrmion Logic System for Large-Scale Reversible Computation
计算可逆性是量子计算所必需的，并激发了计算系统的发展，其中信息载体在流过电路时是守恒的。虽然保守逻辑为没有能量耗散的可逆计算提供了一个令人兴奋的愿景，但在以前的实现中，大尺寸的信息载体降低了系统效率，并且纳米级保守逻辑仍然难以捉摸。因此，我们提出了一个非易失性的可逆计算系统，其中的信息载体是磁skyrmions，拓扑稳定的磁漩涡。这些纳米级准粒子通过自旋霍尔和斯基尔米恩-霍尔效应相互作用，因为它们通过铁磁纳米线传播，形成级联保守逻辑门。这些逻辑门可以直接级联在执行复杂逻辑功能的大规模系统中，信号完整性由时钟同步结构提供。通过对布尔逻辑门、Fredkin门和级联全加器的微磁模拟，证明了该系统的可行性。由于skyrmion可以在室温下以流水线和非易失性的方式传输，而没有任何物理粒子的运动，因此该skyrmion逻辑系统具有提供可扩展的高速低功耗可逆布尔和量子计算的潜力。
2019-10-07 cond-mat.mes-hall cs.ET
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
Logical and Physical Reversibility of Conservative Skyrmion Logic
磁性Skyrmions是纳米级的磁性漩涡，可以通过电流传播。Skyrmions之间的排斥激发了它们在1982年为保守逻辑提出的弹性台球碰撞的基础上用于可逆计算。在这里，我们评估这种skyrmion逻辑范式的逻辑和物理可逆性，以及必须解决的限制，才能实现无耗散计算。
2022-03-25 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
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
Skyrmion Emergence via Domain Wall Anchoring through Vertical Bloch Line
本研究提出通过畴壁形变动力学（利用垂直布洛赫线锚定畴壁）产生斯格明子的新方法，解析与微磁模拟揭示了其拓扑转变机制，为下一代自旋电子器件提供了可控生成途径。
2024-11-07 cond-mat.mes-hall
Skyrmions at Vanishingly Small Dzyaloshinskii-Moriya Interaction or Zero Magnetic Field
通过在正方形晶格中引入双二阶和通常的双线性铁磁最近邻交换相互作用，我们发现对于极小的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya），自旋波模的能量在有限波矢处最小，从而支持了具有自旋螺旋结构的基态，其螺距长度与某些实验中发现的非常短.除了再现的磁结构，可以在一个典型的模型与最近邻交换相互作用，进一步引入磁各向异性和磁场预测了许多其他的磁结构，其中一些已经在实验中观察到的模型的数值模拟。在许多观察到的结构中，纳米尺度的skyrmion，即使在消失的小尺寸是第一次在一个模型中发现。该模型还提供了零磁场下单位拓扑电荷的纳米尺度skyrmion。我们得到的相图中预测的模型中的所有磁结构。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chiral skyrmions in thin magnetic films: new objects for magnetic storage technologies?
二十多年前，人们就预测了纳米尺度的轴对称磁力线（手征涡旋或skyrmions）存在于大量的非中心对称晶体中。最近，这些磁性织构已被直接观察到在立方helimagnets和磁性金属的单层纳米层。针对具有内禀和诱导手征的磁性材料，发展了薄磁层中手征Skyrmions的微磁理论。这种颗粒状且稳定的微磁性物体可以存在于包括零场在内的宽范围的外加磁场中。手征Skyrmion可以作为一种新型的高机动性的纳米级数据载体。
2011-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Single-Pulse Optical Switching combined with Current-Induced Motion of Skyrmionic Spin Textures
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Tohoku University（东北大学）
本研究结合单脉冲光学开关与电流诱导运动，实现对磁性斯格明子自旋结构的确定性操控，为光自旋电子器件奠定基础。
2026-10-02 cond-mat.mes-hall
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
Thickness-Driven Control of Room Temperature Ferrimagnetic Skyrmions and their Topological Hall signature in GdFe Single Layers
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
通过控制GdFe单层薄膜厚度，实现室温下铁磁Skyrmion的尺寸和密度调控，并观察到拓扑Hall特征的增强。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric microscopy of magnetic skyrmions
磁skyrmion是一种纳米尺度的拓扑物体，其特征在于磁矩的缠绕，出现在具有破缺反转对称性的磁性材料中。由于其低的驱动电流阈值，skyrmions已被深入研究，通过使用电子束，X射线和可见光显微镜的新的存储应用。在这里，我们表明，skyrmions可以通过热电信号的自旋热电子现象结合聚焦加热成像。我们施加了一个局部的温度梯度的CoFeB/Ta/W多层膜的扫描加热位置，并利用霍尔棒结构，映射的大小以及所产生的热电流分布的方向，这链接到skyrmion的内部磁性纹理。这种方法还可以观察驱动电流脉冲下的skyrmion动力学，是一种有用的成像技术的skyrmion设备的发展。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Comprehensive Convolutional Neural Network Architecture Design using Magnetic Skyrmion and Domain Wall
本文提出一种基于磁性斯格明子突触和混合CMOS畴壁电路的卷积神经网络硬件架构，实现了6比特多态突触与低功耗ReLU激活及最大池化电路，在模式识别任务中达到98.07%准确率。
2024-08-28 cond-mat.mes-hall
Antiferromagnetic Skyrmion Scattering Revealed by Direct Time-Resolved Imaging of Collective Dynamics
Institute of Physics, Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）；Laboratory for Nanoelectronics and Spintronics, Research Institute of Electrical Communication, Tohoku University（东北大学电气通信研究所纳米电子与自旋电子学实验室）；Singulus Technologies AG（辛古卢斯科技有限公司）；Max Planck Institute for Intelligent Systems（马克斯·普朗克智能系统研究所）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH（柏林亥姆霍兹材料能源中心有限公司）
本研究利用元素分辨泵浦-探测X射线显微镜实时观测反铁磁斯格明子晶格的电流驱动动力学，揭示两种流动区域，定量得到散射势并验证，证明其集体动力学可稳定控制，为多斯格明子自旋电子器件奠定基础。
2025-08-25 cond-mat.mes-hall
Dynamics of an elliptical ferromagnetic skyrmion driven by the spin-orbit torque
磁skyrmion是一个很有前途的积木开发信息存储和计算设备。它可以被稳定在一个铁磁薄膜与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（磁）。运动的铁磁skyrmion可能表现出skyrmion霍尔效应，即skyrmion在自旋流的驱动下表现出横向位移。在这里，我们数值计算和理论研究的电流驱动的动力学的铁磁纳米尺度skyrmion的各向异性的双折射的存在下，其中的skyrmion具有椭圆形。研究了椭圆Skyrmion的Skyrmion霍尔效应。研究发现，通过调节椭圆Skyrmion的形状，可以控制Skyrmion的Hall角。我们的结果揭示了斯基米恩形状与斯基米恩霍尔效应之间的关系，这对于构建具有优选斯基米恩霍尔角的基于斯基米恩的自旋电子器件可能是有用的。此外，我们的研究结果提供了一种方法，最小化的Skyrmion霍尔角的应用程序的基础上的直线运动的Skyrmion。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topological superconductivity with deformable magnetic skyrmions
磁skyrmions是纳米级的自旋配置，可以有效地创建和操纵。它们为下一代自旋电子学应用带来了巨大的希望。与这些发展并行的是，磁性、超导性和自旋-轨道耦合的相互作用已被证明是工程拓扑超导性的通用平台，预测其可承载非阿贝尔激发，马约拉纳零模式。我们表明，拓扑超导性可以诱导由proximitizing磁skyrmions和传统的超导体，而不需要额外的成分。除了先前报道的马约拉纳零模式的skyrmion的核心，我们发现一个更普遍的手征带的skyrmion的边缘上的马约拉纳模式。我们表明，手征马约拉纳带是有效的平坦的物理相关制度的参数，导致有趣的鲁棒性和缩放特性。特别是，在（近）平带的马约拉纳模式的数量规模与周边长度的变形skyrmion配置，而强大的本地混乱。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
High Frequency Domain Wall Oscillations in Ferromagnetic Nanowire with a Nanoscale Dzyaloshinskii Moriya Interaction (DMI) Region
Dzyaloshinskii Moriya相互作用（Dzyaloshinskii Moriya Interaction，Dzyaloshinskii Moriya Interaction）为许多新的手性结构（如Skyrmions）奠定了基础。在迄今为止的大多数研究中，磁层存在于整个磁性层中。在这里，我们报告我们的调查，铁磁纳米线，铁磁被限制在纳米级区域。我们观察到，磁性能的局部调制的影响下的自旋转移力矩的磁畴壁的振荡。振荡频率在几GHz内可调，这使得这一观察对神经形态计算中的应用可能有用。
2019-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing the strongly reshaped skyrmion Hall effect in multilayer wire devices
磁性skyrmions是纳米级的自旋纹理，被吹捧为下一代计算元素。当受到横向电流的影响时，Skyrmion以相当快的速度移动。它们的拓扑电荷导致额外的横向偏转，称为Skyrmion霍尔效应（SkHE）。虽然有希望，他们的动态现象与电流，skyrmion大小，几何效应和混乱仍有待建立。在这里，我们报告的合奏动力学的个人skyrmions形成密集的阵列在Pt/Co/MgO线通过检查超过20,000个实例的运动电流和字段。skyrmion速度达到24米/秒的塑性流动状态，是令人惊讶的位置和大小的变化是强大的。同时，SkHE在$\sim 22^\circ$处饱和，基本上被线边缘重塑，并且随着skyrmion尺寸而关键地微弱地增加。粒子模型模拟表明，SkHE大小的依赖性-相反的分析预测-产生的内在和钉扎驱动效应的相互作用。这些结果建立了一个强大的框架，利用SkHE和实现高吞吐量的skyrmion运动线设备。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic generation of skyrmions and antiskyrmions by electric current
磁skyrmions是纳米级的自旋量子池，有望在未来的自旋电子学应用中取得突破。通过电流来控制磁skyrmions的产生对于这一目的至关重要。虽然先前的研究已经证明了这种操作，但所产生的skyrmions的拓扑电荷由外部磁场的方向决定，因此是固定的。在这里，我们报告的电流诱导Skyrmions创建手性磁铁FeGe纳米结构使用\emph{in-situ}洛伦兹透射电子显微镜。我们证明，只需控制零磁场下电流的方向，磁skyrmion或反磁skyrmion都可以从磁螺旋基态转移。力的分析和对称性的考虑，支持微磁模拟，很好地解释了实验结果，其中磁skyrmions或antiskyrmions创建由于边缘不稳定性的螺旋状态中存在的自旋转移力矩。按需产生skyrmion和控制其拓扑结构的电流，而不需要磁场将使新的纯电控skyrmion设备。
2021-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Targeted Writing and Deleting of Magnetic Skyrmions in Two-Terminal Nanowire Devices
纳米级磁性skyrmions的可控写入和删除是其用作下一代存储器和计算技术的信息载体的关键要求。虽然已经提出了几种方案，但它们需要复杂的制造技术或精确定制的电输入，这限制了它们的长期可扩展性。在这里，我们展示了一种替代方法，用于写入和删除skyrmions使用传统的电脉冲在一个简单的，两端线几何形状。X射线显微镜实验和微磁模拟建立所观察到的skyrmion创建和湮灭所产生的焦耳加热和奥斯特场效应的电流脉冲，分别。这些写入和删除方案的独特特性，例如空间和时间选择性，以及2端设备架构的简单性，为skyrmions的可行应用提供了灵活且可扩展的路线。
2022-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
