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
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
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
Purely electrical detection of a skyrmion in constricted geometry
如何检测Skyrmion的位置是未来Skyrmionics的关键问题，因为它对应于信息的读取过程。我们提出了一种方法来检测Skyrmion的位置纯电动测量霍尔电导在一个狭窄的几何形状。当Skyrmion位于引线位置时，霍尔电导达到最大。即使在室温下也可以检测到Skyrmion的位置。我们找到了一个由skyrmion半径决定的最佳样品宽度。我们还研究了弹性和非弹性散射，有限温度的影响。我们发现局域态密度在skyrmion位置处最小。我们的研究结果将是未来Skyrmion电子学的基础。
2015-12-25 cond-mat.mes-hall
Proposal for all-electrical skyrmion detection in van der Waals tunnel junctions
基于第一性原理计算，提出在二维范德华磁体中通过STM和隧道结实现全电学斯格明子探测，发现石墨/Fe$_3$GeTe$_2$/锗烯/石墨结具有巨大磁阻，并揭示了界面轨道对称性匹配的增强机制。
2024-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical signature of individual magnetic skyrmions in multilayered systems
磁性skyrmions是拓扑保护的旋转自旋纹理，可以稳定在磁性材料中，其中存在手性相互作用。它们有限的尺寸加上它们对外部扰动的鲁棒性，使它们成为新一代存储器和逻辑器件中的最终磁性存储位。尽管在电信号中有许多磁skyrmions签名的例子，但只有低温测量，主要是在具有B20晶体结构的磁性材料中，证明了skyrmions对电输运性质的贡献。利用磁力显微镜（MFM）和霍尔电阻率测量相结合，我们演示了在室温（RT）下多层薄膜中亚100 nm skyrmion的电检测。进一步分析了主要由反常霍尔效应贡献的单个Skyrmion的室温霍尔信号。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Skyrmions in synthetic antiferromagnets and their nucleation via electrical current and ultrafast laser illumination
磁性Skyrmions是一种拓扑自旋纹理，在非易失性存储器和逻辑器件中作为纳米级信息载体具有很大的前景。虽然室温磁skyrmions和它们的电流诱导操纵最近被证明，杂散场产生的有限磁化以及它们的拓扑电荷限制了它们的最小尺寸和可靠的运动轨迹。反铁磁（AF）skyrmions允许这些限制被解除，由于其消失的磁化和净零拓扑电荷，有前途的室温，超小skyrmions，快速的动力学，和对外部磁场不敏感。虽然室温AF自旋织构最近已被证明，AF skyrmions在室温下可操作的工业兼容的合成反铁磁（SAF）材料系统的观察和控制成核仍然缺乏。在这里，我们证明了孤立的skyrmions可以稳定在零场和室温下，在一个完全补偿的SAF。使用X射线显微镜技术，我们能够观察到的skyrmion在不同的SAF层，并证明他们的反平行排列。结果证实了微磁模拟和分析模型，使用实验参数，这证实了手性SAF skyrmion自旋纹理，并允许识别的物理机制，控制SAF skyrmion的大小和稳定性。我们还证明了通过局部电流注入以及超快激光在零场激发的SAF skyrmions的局部成核。这些结果将使SAF skyrmion能够在基于skyrmion的设备中利用。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Walker breakdown with a twist: Dynamics of multilayer domain walls and skyrmions driven by spin-orbit torque
通过三维微磁学模拟和解析建模，研究了垂直磁化铁磁多层膜中扭曲畴壁和Skyrmions的电流感生动力学。结果表明，这种系统一般表现出沃克击穿的现象，在电流诱导的阻尼类自旋轨道力矩的存在下。在临界电流阈值以上，对应于几十m/s量级的典型速度，某些层中的畴壁开始以千兆赫范围内的频率进动，这导致振荡运动和迁移率的显著下降。这种现象起源于复杂的杂散场相互作用，并发生在广泛的多层材料和结构，包括至少三个铁磁层和有限的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。一个分析模型来描述的进动动力学与表面体积杂散场相互作用的多层膜，产生定性协议与微磁模拟。
2019-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical detection of a skyrmion in a magnetic tunneling junction
我们从理论上研究了一种方法来检测一个单一的skyrmion在磁性隧道结（MTJ）的几何形状。利用隧穿哈密顿方法计算了Skyrmion-铁磁体双层膜系统的隧穿磁电阻比。我们表明，TMR比严格地由Skyrmion的自旋轮廓和设备的几何因子确定，只要系统是合理的清洁，使光谱展宽小于本地和巡回磁矩之间的交换耦合。在这种情况下，当skyrmion的直径与装置的尺寸一样大时，TMR比可以等于$30\%$或更高。由于该标准在实际系统中容易实现，因此MTJ几何形状可以是单个skyrmion的电检测的良好候选，即，未来Skyrmionics存储器件中信息的读取过程。
2018-03-13 cond-mat.mes-hall
Friedel oscillations induced by magnetic skyrmions: from scattering properties to all-electrical detection
磁skyrmions是自旋涡旋孤子缺陷，可以发挥重要作用，在信息技术。它们在应用和设备中的未来取决于它们的有效操作和检测。在这里，我们从从头开始探索它们的性质，否则未扰动的磁性材料，铁层覆盖的薄Pd膜和Ir（111）表面的顶部沉积的磁性不均匀性。skyrmions的存在触发了散射过程，Friedel振荡由此出现。后者介导skyrmions之间或skyrmions和其他潜在的周围缺陷之间的相互作用。与它们的波长相反，振荡的振幅强烈地依赖于Skyrmion的大小。与散射原子缺陷的类比使得能够将有效散射势和相移分配给skyrmionic粒子，这可以用于在简单散射框架的基础上预测它们的行为。感应电荷波纹可以用于位于表面上的skyrmion的非侵入性全电检测，或者即使埋在距离检测电极几纳米的地方。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall
Current-induced creation and dynamics of embedded magnetic skyrmion bags
Hefei Normal University（合肥师范大学）；Anhui University（安徽大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
研究在零磁场下通过直流电流在FeGe纳米板中诱导形成和操纵嵌入式斯格明子袋，利用原位洛伦兹透射电子显微镜观察转变过程，经理论分析确定驱动机制，还展示不同Q值斯格明子袋间电诱导转变，为全电控制拓扑自旋纹理和缺陷奠定基础。
2026-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmions in twisted van der Waals magnets
二维手征磁体中的磁skyrmions通常通过Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和外部磁场的组合来稳定。在这里，我们表明，skyrmion也可以稳定在扭曲的莫尔超晶格中的外部磁场的情况下。我们的设置包括一个2D铁磁层扭曲的反铁磁衬底的顶部。铁磁层和衬底之间的耦合产生有效的交变交换场。我们发现一个大区域的Skyrmion晶体相时的莫尔周期和Skyrmion的长度尺度是兼容的。与磁场下的手征磁体不同，莫尔超晶格中的skyrmions显示出易轴（Ising）各向异性的增强的稳定性，这对于实现skyrmions是必不可少的，因为大多数范德华磁体具有易轴各向异性。
2021-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electrical Probing of Field-Driven Cascading Quantized Transitions of Skyrmion Cluster States in MnSi Nanowires
磁skyrmions是拓扑稳定的类似于游泳池的自旋纹理，为未来的超密度存储器和逻辑设备提供了巨大的信息载体1 -4。为了实现这样的应用，特别注意力集中在高度受限的几何形状，如一维椭圆形的skyrmions属性5 -8。然而，当纳米线的宽度与单个skyrmion的宽度相当时，实验上仍然不清楚会发生什么。在这里，我们报告的实验演示，其中磁场驱动的skyrmion集团（SC）的状态与少量的skyrmion被证明存在于超窄的单晶MnSi纳米线（NW）的横截面直径，可比的skyrmion晶格常数（18 nm）。与体MnSi样品中的skyrmion晶格相比，skyrmion簇导致在平行于NW长轴的磁场下测量的异常磁阻（MR）行为，其中观察到MR中的量子化跳跃并且直接与簇中skyrmion数的变化相关，这由蒙特卡罗模拟支持。这些跃迁揭示了Skyrmion的成簇态与晶态的本质区别，为实现基于Skyrmion的存储器件奠定了坚实的基础。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall
Electric field control of moiré skyrmion phases in twisted multiferroic NiI$_2$ bilayers
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
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
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
Electrical writing, deleting, reading, and moving of magnetic skyrmioniums in a racetrack device
磁性Skyrmionium（也称为2 $π$ -Skyrmion）可以理解为一个Skyrmion -一个拓扑上非平凡的磁性漩涡-它位于第二个具有反向磁化的Skyrmion的中心。在这里，我们提出了一种新的光电写入和删除机制的薄膜Skyrmionium，以及基于拓扑霍尔电压的读取机制。此外，我们指出的优势，利用skyrmioniums作为载体的信息相比，skyrmions与电流驱动的运动。我们模拟所有四个组成部分的操作skyrmionium为基础的赛道存储设备：创建，运动，检测和删除位。因此，skyrmionium的存在被解释为“1”，而它的缺失被解释为“0”位。
2019-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Correlating on-the-fly Electrical and Optical Skyrmion Readout
本研究提出一种利用热激活Skyrmions的实时电与光学读出方法，通过霍尔电压与Kerr显微镜成像的实时相关性，实现对单个移动Skyrmions的可靠检测，并推导出适用于微米到纳米尺度的分析公式。
2025-12-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Stability of in-plane and out-of-plane chiral skyrmions in epitaxial MnSi(111)/Si(111) thin films: surface twists versus easy-plane anisotropy
具有易平面各向异性的立方螺旋磁网的薄膜的重新审视的理论相图被示出为具有与先前报道的不同的拓扑结构[Phys.Rev.B85，094429（2012）]。对于所施加的磁场的面内和面外方向，相图表现出稳定skyrmions的广泛区域，其对于宽范围的各向异性参数重叠。虽然存在的平面外skyrmions是矛盾的，在以前的理论模型，我们证明，额外的表面扭曲导致其稳定性，而温和的易平面各向异性增加的稳定范围内的平面skyrmions。此外，各向异性和表面扭曲之间的相互作用引起相对于表面倾斜的稳定螺旋状态。由于在大块helimagnets中不存在，这种斜螺旋在薄膜纳米系统的相图中占据了巨大的面积，并作为锥体和螺旋体之间的连接纽带。我们的理论为外延MnSi（111）/Si（111）薄膜中面内和面外skyrmion的实验研究提供了明确的方向。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall
A hierarchy of multi-moment skyrmion phases in twisted magnetic bilayers
最近发现的二维（2D）范德华（VdW）磁体是量子磁体研究领域的一个重要转折点，因为量子涨落和实验困难往往回避稳定的磁秩序在2D。这为探索新的量子和拓扑自旋构型打开了新的大门，这些构型在体相对应物中可能有也可能没有直接的类似物。在这里，我们研究了一个扭曲的双层几何形状的二维磁体中，长程自旋-自旋相互作用自然开始沿层间海森堡（$J_{\perp}$）和偶极-偶极（$J_{\rm D}$）通道。的$J_{\perp}-J_{\rm D}$参数空间揭示了一个层次的不同skyrmions阶段，从点，棒，环形拓扑电荷分布。此外，我们预测了一种新的拓扑反铁电相，其中形成相反电荷的反kyrmion对，相应的拓扑偶极矩成为有序的Néel类状态$-$，因此被称为拓扑反铁电态。结果表明，扭曲磁层提供了一个新的设置，工程师和调整过多的新颖和异国情调的skyrmion相位和他们的动力学。
2021-05-20 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
Combined Magnetic Imaging and Anisotropic Magnetoresistance Detection of Dipolar Skyrmions
磁skyrmions是一种局域化的粒子状非平凡漩涡，在构建高性能拓扑自旋电子器件方面具有重要的应用前景。Skyrmionic设备中的读出功能需要将磁Skyrmion转换为电信号。在这里，我们报告相结合的实空间磁成像和各向异性磁阻研究偶极skyrmions。使用洛伦兹透射电子显微镜成像观察到单个skyrmion链和单个skyrmion。同时，得到了Fe3Sn2纳米结构的各向异性磁电阻随磁场、螺旋度和Skyrmion数的变化关系.结果表明，Skyrmion的各向异性磁电阻与螺旋度无关，与Skyrmion数成正比。我们的工作可以促进基于skyrmion的自旋电子器件的读出操作。
2022-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of skyrmion condensation and pairing for twisted bi-layer graphene
当巡游费米子的量子味霍尔绝缘体相被强量子涨落无序化时，序参量场的Skyrmion织构的凝聚可以导致超导性。在这项工作中，我们解决的skyrmion凝聚的机制，考虑（2+1）维，Weyl费米子和刺猬型隧道配置的序参量，违反skyrmion数守恒定律之间的散射。我们证明了量子化的味霍尔电导率（$σ^f_{xy}$）控制着拓扑保护的费米子零模的简并性，并且零模本征函数或t Hooft顶点之间的重叠决定了配对的性质.我们证明了量子无序，味道霍尔绝缘体与$σ^f_{xy}= 2 N$导致不同类型的电荷$2 N e^-$超导性。概述了味霍尔绝缘体之间的竞争，BCS和对密度波通道中的电荷$2e^-$配对状态，以及扭曲双层石墨烯的复合物，电荷$4e^-$超导体的一些含义。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chiral surface twists and skyrmion stability in nanolayers of cubic helimagnets
在FeGe楔形物中调制态的洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）研究和详细计算表明，在非中心对称铁磁体的表面附近产生的手性扭曲（Meynell等人，Phys.Rev.B，90，014406（2014））为立方helimagnet纳米层中的skyrmion晶格和螺旋体提供了稳定机制。计算出的独立的立方helimagnet纳米层的磁相图表明，在这些化合物的磁化过程从根本上不同于散装立方helimagnets和其特征在于调制相位和特定的多畴状态的形成之间的一阶跃迁。该论文报告了FeGe自支撑纳米层中多畴图案的LTEM观察结果。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall
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
Surface twist instabilities and skyrmion states in chiral ferromagnets
在外延MnSi/Si（111）膜中，由于形成具有垂直于膜表面的传播方向的特定表面手性调制，从未达到面内磁化饱和[Wilson等人，Phys.Rev.B88，214420（2013）]。在本文中，我们表明，这种手征表面扭曲的发生是一个普遍的效果归因于所有的块体和约束磁性晶体缺乏反演对称性。我们目前的实验研究，这一现象在纳米层的MnSi/Si（111）的支持下，在标准的唯象模型的详细理论分析。在具有内在或诱导手性的磁性纳米层中，这种表面诱导的不稳定性成为相当大的影响，并在skyrmion晶格和其他非平凡手性调制的形成中起着至关重要的作用。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Generation of Spin Currents in the Skyrmion Phase of a Helimagnetic Insulator $\mathrm{Cu_2OSeO_3}$
我们报道了螺旋磁绝缘体$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$中微波共振激发的与Skyrmion动力学相关的自旋电流产生。在$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$上制造Pt层，并且在$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$的磁共振下测量Pt层中的电压，以经由Pt中的逆自旋霍尔效应（ISHE）电检测注入的自旋电流。我们发现在$\mathrm{Cu_2OSeO_3}$的Skyrmion相和亚铁磁相都出现了ISHE感应电动势，这表明磁Skyrmion对自旋泵效应有贡献。
2015-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Topological Hall Effect near Room Temperature
磁性Skyrmions是稳定的纳米级自旋结构，可以在低电流密度下移位。由于这些特性，它们已被提议作为具有前所未有的高信息密度和低能耗的未来电子设备的构建块。通过拓扑霍尔效应（THE）对Skyrmion的电探测，迄今为止仅在低温下得到证实。在这里，我们报告的Skyrmion拓扑霍尔效应在室温（276 K）附近的FeGe介观层的观察。这个区域与中子散射揭示的skyrmion晶格位置完全一致。我们提供了明确的证据，一个再入螺旋磁相邻近的Skyrmion阶段，并讨论了大的THE振幅（5 n $Ω$ .cm），鉴于普通的霍尔效应。
2018-05-14 cond-mat.mes-hall
Target-skyrmions and skyrmion clusters in nanowires of chiral magnets
在大块非中心对称磁体中，手性Dzyaloshinskiii-Moriya交换稳定了管状Skyrmions，其中心具有反向磁化。虽然双扭曲在Skyrmion的中心是有利的，但它会在外围产生过量的能量密度。因此，需要磁各向异性来使Skyrmion比块状材料中的圆锥螺旋状态更有利。使用蒙特卡罗模拟，我们表明，在磁性纳米线不寻常的skyrmions与一个双扭曲的核心和一些同心螺旋起伏（目标skyrmions）是磁稳定的，即使在没有单离子各向异性。这种skyrmion没有磁荷，并且由于描述表面磁化方向的角度取决于纳米线的半径和施加的磁场，因此它们携带非整数skyrmion电荷s > 1。这种状态与空间上分离的s=1 skyrmions的集群竞争。对于非常小的半径，目标skyrmion转变为s < 1的skyrmion，类似于由表面诱导的各向异性稳定的涡旋状状态。
2013-11-25 cond-mat.mes-hall
Twisting and tweezing the spin wave: on vortices, skyrmions, helical waves, and the magnonic spiral phase plate
自旋波是磁有序材料的低能激发。它们是有序相稳定性分析的关键元素，具有丰富的技术应用。最近，我们发现磁性纳米线的自旋波沿传播方向可能携带一定量的轨道角动量分量。这种螺旋，除了手征，自旋波的特点是有关的自旋波相位的空间调制跨越导线。然而，用常规磁场产生和控制这种模式仍然是一个挑战。在这里，我们通过适当地合成具有不同自旋波速度的两种磁性材料，提出了\textit{magnetic}螺旋相位板的第一个建议。全数值微磁学模拟表明，尽管退磁场的结构复杂，均匀的自旋波通过螺旋相位板达到所需的扭曲和传播所需的轨道角动量进一步。虽然来自有序相的激发可能具有扭曲，但磁化本身可以由于内部场而扭曲，并形成所谓的磁涡旋。我们指出这两种类型的磁现象之间的差异，并讨论它们可能的相互作用。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Skyrmionic magnetization configurations at chiral magnet/ferromagnet heterostructures
我们考虑在手征磁体（CM）/铁磁体（FM）异质结构的磁化配置。在CM中，由于Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，磁skyrmions和自旋螺旋出现，然后渗透到相邻的FM中。然而，由于非均匀磁化结构在FM中在能量上是不利的，因此穿透的磁化结构被变形，从而导致奇异的三维配置，诸如skyrmion锥、侧向skyrmion以及扭曲的螺旋和skyrmion。我们在变分法的框架内讨论了CM/FM和CM/FM/CM混合结构中可能的磁化组态的稳定性，发现基态中出现了各种不同的磁化组态，其中一些引起了非平凡的突现磁场.
2015-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field guiding of magnetic skyrmions
我们从理论上研究了反转对称性破缺的磁性薄膜中的纳米磁性skyrmions的平衡和动力学性质，其中电场通过自旋轨道耦合与磁化强度耦合。基于一个基于量子力学的唯象和微磁模拟，我们表明，这种电场耦合，通过重整化的微磁能，修改的skyrmion的平衡性质。这种变化，反过来，在一个显着的电流引起的skyrmion运动的改变的结果。特别是，速度和方向的skyrmion可以通过设计一个所需的能量景观电，我们描述在Thiele的分析模型，并证明在微磁模拟，包括电场控制的磁各向异性。我们还使用这种电场控制构造门用于控制skyrmion运动表现出晶体管和多路复用器一样的功能。因此，所提出的电场效应可以提供一个低能量的电旋钮，以扩展使用skyrmions的信息处理的范围。
2015-05-15 cond-mat.mes-hall
Twist of generalized skyrmions and spin vortices in a polariton superfluid
我们研究了自旋涡旋和Skyrmions相干压印到平面半导体微腔中的激子-极化激元凝聚体。我们证明了偏振各向异性的存在下，可以诱导这些结构化的拓扑结构的复杂的动力学，导致其上的庞加莱球的偏振的circuitation扭曲。结果的理论描述进行了广义量子涡旋的概念，在两个组件的超流体，这是共形的极化环周围的任意轴的赝自旋空间。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Skyrmion-generated spinmotive forces in inversion broken ferromagnets
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（RIKEN 新兴物质科学中心）；Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency（日本原子能研究机构先进科学研究中心）
该研究解析分析反演破缺铁磁体中磁性斯格明子平移运动产生的自旋电动势，推导两类自旋轨道耦合对应的自旋相关电场显式公式，明确其对斯格明子结构与自旋轨道耦合的依赖，为相关现象理解与实验电压估算提供支撑。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall
A van der Waals Interface Hosting Two Groups of Magnetic Skyrmions
多个磁性Skyrmion相为基于Skyrmion的超高密度自旋存储器件增加了额外的自由度。将磁场扩展到二维范德华磁体是一个有益的挑战，其中可实现的自由度（例如厚度，扭曲角和电门控）和高skyrmion密度导致有趣的新特性和增强的功能。我们报告了一个范德华界面，该界面由两个居里温度分别为~65 K和~205 K的二维铁磁体Cr2 Ge 2 Te 6和Fe 3GeTe 2形成，其中包含两组磁skyrmion。在60 K以下观察到Cr2 Ge 2 Te 6磁有序时的两组拓扑霍尔效应。这两组skyrmions直接成像使用磁力显微镜。有趣的是，在零外加磁场的情况下，磁skyrmion仍然存在于异质结中。我们的研究结果是有希望的实现skyrmion设备的基础上，范德华异质结构托管多skyrmion阶段。
2022-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twisted magnetic topological insulators
受Cr掺杂\ce{(Bi,Sb)2Te3}薄膜量子反常霍尔效应发现的启发，我们研究了磁性拓扑绝缘体的类属态，并探讨了磁性和巡游电子的物理性质。利用第一性原理计算方法研究了吸附在\ce{Bi2Se3}（111）表面上的磁性Co原子之间的磁相互作用.由于表面不存在反演对称性，Co离子的局域磁矩之间存在Dzyaloshinskiii-Moriya型扭曲自旋相互作用。这些非铁磁相互作用扭曲了铁磁体的共线自旋构型，并产生了超越简单铁磁体的各种磁序。其中，自旋螺旋态在每个自旋态周期内产生交替的反向传播模式，Skyrmion晶格甚至支持每个Skyrmion核心周围的手征模式。Skyrmion晶格在表面狄拉克点处打开一个能隙，导致反常的霍尔效应。这些结果可能会启发进一步的磁性拓扑绝缘体的实验研究。
2021-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Photonic orbital angular momentum transfer and magnetic skyrmion rotation
磁性Skyrmion是一种手性准粒子，由于其拓扑稳定性，小尺寸（通常为$\sim3-500$ nm）和超低阈值力来驱动其运动，因此有望用于未来的自旋电子应用，如Skyrmion赛道存储器和逻辑器件。另一方面，光以光学涡旋的形式携带和传递轨道角动量（OAM）的能力吸引了很多兴趣。在这项工作中，我们预测的光子OAM传输效果，通过研究磁skyrmion受到拉盖尔-高斯光学涡旋，这表明围绕光束轴的skyrmion准粒子的旋转运动的动力学。光学涡旋的拓扑荷决定了Skyrmions旋转速度的大小和旋向。在我们的提议中，扭曲的光束充当光学镊子，使我们能够在磁性薄膜中的大规模缺陷上移动skyrmions，以避免被捕获。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin skyrmion gaps as signatures of strong-coupling insulators in magic-angle twisted bilayer graphene
本研究利用扫描单电子晶体管在魔角扭曲双层石墨烯中观测到低磁场下的热力学能隙，发现自旋斯格明子到类粒子激发的磁场调控转变，证实基态属强耦合绝缘体，并揭示其稳定性与局部扭曲角、应变的关联，深化了对该体系关联绝缘态及非常规激发的微观认识。
2023-11-10 cond-mat.mes-hall 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
Ferroelectric control of magnetic skyrmions in two-dimensional van der Waals heterostructures
磁性Skyrmions是一种手性纳米自旋织构，通常由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）引起。最近，在二维（2D）范德华（vdW）铁磁材料（例如Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$）中已经观察到磁skyrmion。Skyrmions的电控制对于它们在低功耗存储技术中的潜在应用是重要的。在这里，我们预测，在Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$单层的铁电体和磁性skyrmions可以通过相邻的2D vdW铁电体在$_{2}$ Se $_{3}$的铁电极化控制。基于密度泛函理论和原子自旋动力学模型，我们发现Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$ /In $_{2}$ Se $_{3}$ vdW异质结中界面对称性破缺产生了相当大的缺陷.我们证明了铁电极化反转可以控制自旋的大小，从而导致Skyrmion的产生和湮灭。此外，我们还发现在In $_{2}$ Se $_{3}$ /Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$ /In $_{2}$ Se $_{3}$异质结构中，随着铁电开关反转Skyrmion手征而改变.预测的电控skyrmion形成可能是有趣的自旋电…
2022-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of boundary-induced chirality on magnetic textures in thin films
在寻求磁性器件的磁性化过程中，边界和表面的影响变得越来越重要。在这里，我们展示了最近预测的边界诱导的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya）如何影响具有$C_{\infty v}$对称性和垂直磁各向异性的铁磁薄膜的磁化强度。对于一个均匀磁化的薄膜，我们发现一个表面扭曲时，在散装磁化是倾斜的面内外场。这种由边界引起的扭曲引起的表面扭曲不同于在手性磁体边缘观察到的内部扭曲引起的常见倾斜。此外，我们发现，由于边界引起的扭曲强烈影响的磁畴壁在表面的宽度。我们还发现，skyrmion半径增加的深度的膜，与skyrmion的平均尺寸增加边界诱导的电子自旋。这种增加表明，边界诱导的双折射有助于skyrmion的稳定性。
2018-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controllable Skyrmion Islands in a Moiré Magnet
本研究提出在扭转莫尔磁体中实现可控反铁磁斯格明子的方案，通过理论计算揭示其稳定机制及电场调控特性，为拓扑磁比特的应用提供新途径。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Discrete Hall resistivity contribution from Néel skyrmions in multilayer nanodiscs
磁性Skyrmions是类结准粒子。它们是非易失性数据存储的候选者，在非易失性数据存储中，信息在固定的读写终端之间移动。基于skyrmion的自旋电子器件的读出操作将依赖于纳米结构内单个磁性skyrmion的电检测。在这里，我们提出了Pt/Co/Ir纳米盘，支持skyrmions在室温下。我们测量的霍尔电阻率，同时使用磁扫描透射X射线显微镜（STXM）的自旋纹理成像。霍尔电阻率与Skyrmion的存在和大小相关。当对整个盘上的磁化进行平均时，尺寸相关部分与预期的异常霍尔信号相匹配。我们观察到的电阻率的贡献，这只取决于在光盘中存在的天体的数量和符号。每个Skyrmion产生22个$\pm$ 2 nΩ cm，与其大小无关。这种贡献需要考虑在所有的电子检测计划适用于skyrmion为基础的设备。
2018-08-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A new class of chiral materials hosting magnetic skyrmions beyond room temperature
Skyrmions是一种具有拓扑结构的涡旋状纳米自旋结构，由于其在电磁响应和自旋电子学中的应用而引起了人们的广泛关注。特别地，具有手性和立方/四方晶体结构的金属磁体可以具有高电势以容纳可以由低电流激励驱动的skyrmion。然而，迄今为止，对于金属手性磁体，特别是MnSi型B20化合物，Skyrmions的实验观察仅限于室温以下。对于技术应用，关键是要超越这一限制。在这里，我们证明了形成的skyrmions具有独特的自旋螺旋在室温和以上的立方手性磁体的家庭：β-Mn型钴锌锰合金与不同的手性空间群的B20化合物。洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）、磁化强度和小角中子散射（SANS）测量明确地揭示了在施加磁场（H<~1 kOe）下以薄板（厚度<150 nm）和块状形式形成的skyrmion晶体。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Regular and in-plane skyrmions and antiskyrmions from boundary instabilities
我们用磁场和充电电流脉冲建立了一个产生skyrmion和antiskyrmion的理论。我们表明，拓扑缺陷可以创建在一个系统的边缘与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（π），以及在不同π区域之间的边界。我们考虑垂直和平面内（也称为磁双分子）的skyrmions和antiskyrmions版本。我们表明，在附近的边缘或边界的磁化扭曲所描述的扭结的解决方案，它的存在可以煽动生成的拓扑缺陷。我们用解析和数值方法研究了磁化的集体激发，证明了在磁场和充电电流脉冲的作用下，局域在边界附近的磁振子模会产生不稳定性，导致skyrmions或antiskyrmions的形成.由于斯基米恩和反斯基米恩霍尔效应，适当选择的电流方向可以将拓扑缺陷推离边界，从而促进它们的产生。
2021-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Magnetoelectric Cavity Magnonics in Skyrmion Crystals
本文提出了非中心对称磁体腔中磁电磁振子-光子耦合的理论。类似于多铁性中的非互易现象，磁电耦合是时间反演和反转非对称的。这种不对称性为磁振子-光子耦合的特殊可调谐性提供了一种手段，这种耦合可以通过反转磁化方向来打开和关闭。以具有超低磁阻尼的多铁Skyrmion-host Cu $_2$ OSeO $_3$为例，揭示了Skyrmion本征模的电活动性，并提出将其用于“磁暗”椭圆模的磁振子-光子分裂.此外，我们预测了腔诱导的磁振子-磁振子耦合之间的磁电活性skyrmion激发。我们讨论了在量子信息处理中的应用，提出了全电磁振子介导的光子量子门和光子介导的磁振子SPLIT操作的协议。我们的研究突出了磁电腔磁振子作为一个新的平台，实现量子混合系统和拓扑磁纹理中的光子和磁振子之间的相干转导。
2022-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Writing a skyrmion on multiferroic materials
本文报道了一个理论上的建议，电创建的磁性skyrmions的薄膜样品的多铁性手征磁体的局部应用的电场，而不是一个电流，通过一个电极尖端。这种方法可以追溯到Skyrmion自旋和多铁性中的电极化的强度之间的相互耦合，并且代表了用于潜在的基于Skyrmion的存储器件而没有焦耳热损失的独特技术。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
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
Voltage Controlled Magnetic Skyrmion Motion for Racetrack Memory
磁Skyrmion是一种拓扑稳定的涡旋自旋结构，由于其稳定性好、尺寸小、驱动电流密度极低等优点，有望成为未来纳米电子学的信息载体。Skyrmion最有前途的应用之一是构建赛道存储器（RM）。与畴壁基磁共振（DW-RM）相比，Skyrmion基磁共振（Sky-RM）在能量、密度和速度等方面具有许多优势。迄今为止，Skyrmion的成核/湮灭、运动和探测等基本行为已得到了深入的研究。然而，一个不可或缺的功能，即，Skyrmion的钉扎/去钉扎仍然是一个开放的问题，并且必须在将Skyrmion应用于RM之前解决。此外，目前的研究主要集中在物理调查，而电气设计和评估仍然缺乏。在这项工作中，我们的目标是促进Sky-RM从基础物理到现实电子学的发展。首先，我们研究了压控磁各向异性（VCMA）效应下纳米轨道中Skyrmion的钉扎/脱钉扎特性。然后，我们提出了一个紧凑的模型和设计框架的Sky-RM电气评估。这项工作完成了Sky-RM的基本存储功能，填补了物理学家和电子工程师之间的技术空白，为Sky-RM的发展迈出了重要一步。
2016-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Skyrmion knots in frustrated magnets
磁性Skyrmion是一种稳定的二维纳米粒子，描述了某些磁性材料中磁化的局部缠绕。Skyrmions是密集的实验和理论研究的主题，并具有潜在的自旋电子技术应用。在这里，我们表明，数值计算的挫折磁铁预测，Skyrmions可以绑成结，形成新的稳定的三维纳米粒子。斯基尔米恩弦扭曲环的这些稳定平衡态有一个整数值的拓扑荷，称为霍普夫荷，它可以计算粒子的数量。这种电荷的值较低时会形成环，但对于较高的值，在能量上有利于形成链接，然后是结。这项计算研究提供了一个新的动力，为未来的实验工作，这些纳米结和三维纳米粒子编码打结磁化的潜在技术应用的探索。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-th
