Ultrafast and reliable domain-wall and skyrmion logic in a chirally coupled ferrimagnet
本研究利用手性自旋纹理和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，在反铁磁耦合系统中实现了超快（速度超1 km/s，操作时间50 ps）且可靠的全电学逻辑操作，并展示了拓扑保护的斯格明子逻辑，为高频率、低功耗微芯片提供了新途径。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall
Polarisation-dependent single-pulse ultrafast optical switching of an elementary ferromagnet
在飞秒（甚至更快）时间尺度上对物质磁态的最终控制定义了未来信息技术最追求的范式转变之一。在这种情况下，超快激光脉冲发展成为非常有价值的刺激全光磁化反转亚铁磁和铁磁合金和多层膜，而这仍然是难以捉摸的基本铁磁体。在这里，我们表明，一个单一的激光脉冲与亚皮秒持续时间可以导致散装镍的磁化反转，在串联与预期的退磁。正如现实的时间相关的电子结构模拟所揭示的那样，中心机制是作用于磁化强度的超快光致扭矩，只有当激光脉冲在包含磁化强度初始取向的平面上圆偏振时，这种扭矩才有效。我们映射的激光脉冲参数空间，使磁化切换和揭示丰富的原子内轨道依赖的磁化动力学具有瞬态轨道间非共线状态。我们的研究结果为有效实现基于光学的自旋电子器件开辟了进一步的前景。
2021-04-28 cond-mat.mes-hall
Ultrafast manipulations of nanoscale skyrmioniums
本文通过高通量微磁模拟提出纳米尺度 skyrmioniums 的超快产生、切换、极性反转与稳定驱动方法，并揭示相关拓扑磁结构机制。
2024-09-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultrafast Microscopy of a Plasmonic Spin Skyrmion
本文结合ITR-2P-PEEM超快成像与解析模型，证实SPP涡旋核心存在具有整数斯格明子数的三维扭转等离激元SAM斯格明子准粒子。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall
Ultrafast generation and dynamics of isolated skyrmions in antiferromagnetic insulators
基于原子自旋动力学模拟，我们报道了在受限几何条件下超快产生单个反铁磁（AFM）skyrmion。这一过程是通过短激光脉冲产生的非热逆法拉第效应所诱导的有效磁场来实现的。由此产生的磁场可以核一个孤立的skyrmion作为一个拓扑保护的亚稳态在共线反铁磁体与小Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。一个单一的skyrmion的半径示出增加，通过施加均匀的直流磁场和在增加的温度。为了研究原子力显微镜可能的自旋热电子学现象，我们研究了skyrmion动力学下施加的温度梯度分析和数值。反铁磁skyrmions纵向移动向较热的区域，但相比之下，小skyrmions在非常低的阻尼制度向较冷的一侧移动，无论交错的拓扑电荷数，速度比它们的铁磁对应物快得多。
2019-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Theory of Ultrafast Skyrmion Excitation by Light
本文提出一种基于双轨道电子模型的超快斯格明子光激发微观机制，揭示了在强关联极限下，激光直接耦合电荷在100 fs内诱导斯格明子成核，且Rashba自旋轨道相互作用介导的光致电流与磁矩耦合是其核心机制。
2020-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films
磁性Skyrmions是一种拓扑非平凡的自旋织构，在纳米尺度的自旋电子器件中作为稳定的信息载体具有很大的应用前景。开发基于Skyrmion的新型存储器和逻辑器件的主要挑战之一是在环境条件下快速和受控地创建磁性Skyrmion。在这里，我们证明了单一的超快（35 fs）激光脉冲诱导产生的skyrmion气泡和skyrmion气泡晶格的铁磁状态在室温下溅射磁性薄膜。随着激光能量密度的增加，skyrmion泡密度逐渐增加，最终达到饱和，形成无序的六方晶格。此外，我们提出的skyrmion气泡晶格配置导致增强的拓扑稳定性相比，孤立的skyrmion，这表明其有前途的数据存储中的使用。我们的发现揭示了在常见材料中skyrmion气泡晶格的光学方法，为新兴的基于skyrmion的记忆和突触设备铺平了道路。
2018-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrafast Switching in Synthetic Antiferromagnet with Bilayer Rare-Earth Transition-Metal Ferrimagnets
在自旋电子学中，能够快速可靠地操纵磁化是很重要的。有几种方法可以控制磁化，例如通过施加电流脉冲或磁场。施加的电流可以通过自旋扭矩效应以纳秒速度反转磁化。为了实现更快的开关，利用飞秒激光脉冲在非晶稀土过渡金属亚铁磁体中实现了亚皮秒开关。在这项研究中，我们采用原子模拟研究超快开关在双层非晶FeGd亚铁磁体的合成反铁磁体。使用双温度模型，我们证明了在这种合成的反铁磁体的超快开关没有外部磁场。此外，我们表明，如果我们最初稳定在这种异质结构中的skyrmion，超快激光可以使用相同的机制切换skyrmion状态。此外，这种双层设计允许单独控制每个亚铁磁层，并为磁性隧道结打开了可能性。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall
Ultrafast optical generation of antiferromagnetic meron-antimeron pairs with conservation of topological charge
本文提出利用超快激光脉冲通过热施温格机制在二维反铁磁体中产生拓扑荷守恒的梅子-反梅子对，并证明该过程对初始磁构型和无序具有鲁棒性，拓扑结构可保持100皮秒。
2023-03-24 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
Ultrafast generation of skyrmionic defects with vortex beams: printing laser profiles on magnets
在凝聚态物理包括自旋电子学和磁光学的广阔领域中，人们积极探索用激光束控制物质的电和磁性质。在这里，我们从理论上提出了一个应用光学和电子涡旋光束携带内禀轨道角动量的手征铁磁体和反铁磁体。利用随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程，分析了涡旋光束作用下手征磁体中自旋的时间演化。我们表明，光束驱动的不均匀的温度导致一类环形的磁缺陷，我们称之为skyrmion多重，以及传统的skyrmion。我们讨论了适当的光束参数和应用这些拓扑缺陷的创建光束的最佳方式。我们的研究结果提供了一个超快的方案产生拓扑磁缺陷的方式适用于金属和绝缘手征（反）铁磁体。
2017-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech 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
Optical-controlled ultrafast dynamics of skyrmion in antiferromagnets
该工作通过数值和解析方法证明，光学涡旋可在反铁磁体中超快（约皮秒）生成/擦除斯格明子，并利用轨道角动量驱动其旋转和霍尔运动，旋转方向可由光频率调控。
2023-06-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Controllable and Non-Dissipative Inertial Dynamics of Skyrmion in a Bosonic Platform
本文通过非平衡格林函数方法推导出Skyrmion的非耗散惯性动力学方程，揭示了其超快环形运动机制，并提出通过控制振子频率实现拓扑自旋纹理的超快操控。
2025-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
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
Generation of single skyrmions by picosecond magnetic field pulses
我们数值模拟了一种超快的方法来创建$\textit{single}$ skyrmions在$\textit{collinear}$铁磁样品中，通过施加皮秒（有效）磁场脉冲中存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。对于小样本，所施加的磁场脉冲可以是空间均匀的或不均匀的，而对于大样本，不均匀的和局部化的场更有效。我们研究了成核的脉冲宽度和幅度的相图。我们的发现最终可以用于设计未来的基于skyrmion的设备。
2017-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-destructive Ultrafast Steering of Magnetic Vortex by Terahertz Pulses
以可再现的方式和在超快时间尺度上对磁涡旋动力学进行电控制是寻求具有低能耗的高效自旋电子器件的关键要素。为了有用，控制方案理想地应该是迅速的、可扩展的、非侵入性的，并且导致可靠的磁切换。通过经由外部磁场、自旋极化电流、自旋波或激光脉冲的磁涡旋切换还不能满足这种要求，特别是改变涡旋手性和/或极性的再现性。在这里，我们展示了一个新的包装skyrmion介导的涡旋开关过程驱动的一个简单的序列皮秒电场脉冲通过磁电相互作用。涡旋手性和极性都表现出明确的反转行为。四种不同磁涡旋状态之间的明确重复切换为基于非易失性磁涡旋的信息存储和处理提供了一种能量高效、高度局部化和相干的控制方法。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall
Laser-induced metastable (anti-)skyrmion states with higher-order topological charge
Universität Göttingen（哥廷根大学）；Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences（马克斯·普朗克多学科科学研究所）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）；TU Wien（维也纳工业大学）
本研究通过激光诱导在无斯格明子基态的Co/Ni多层膜中产生拓扑荷高达|Q|=3的亚稳态（反）斯格明子，并利用激发通量和外磁场调控其数量与类型，为超快自旋电子学提供新途径。
2026-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-current-mediated rapid magnon localisation and coalescence after ultrafast optical pumping of ferrimagnetic alloys
自1996年首次发现以来，利用飞秒光抽运实现亚皮秒磁化强度的控制一直受到人们的广泛关注。然而，磁化强度的空间演化还没有得到很好的理解，部分原因是实验探测这种快速动态的困难。在这里，我们发现的证据，快速磁秩序恢复的垂直磁各向异性材料通过非线性磁振子过程。我们确定本地化和合并制度，从而本地化的磁性纹理成核，随后按照幂律形式主义的发展。合并观察到的光激发以上和以下的开关阈值。模拟表明，通过光泵浦的非共线磁化的超快产生建立了交换介导的自旋电流，其具有$10^8$ A/cm $^2$的等效100%自旋极化电荷电流密度。如此大的自旋电流促使光泵浦后磁序的快速恢复。这些过程提出了一种用于稳定所需亚稳态的超快光学途径，例如，孤立的Skyrmions
2018-09-10 cond-mat.mes-hall
Revealing domain wall stability during ultrafast demagnetization
Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences（马克斯·普朗克多学科研究所）；Institute of Physics, University of Augsburg（奥格斯堡大学物理研究所）；School of Electrical Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学电气工程学院）；th Physical Institute, University of Göttingen（哥廷根大学第四物理研究所）；Radboud University, Institute for Molecules and Materials（拉德堡德大学分子与材料研究所）
研究通过超快亚波长成像技术揭示磁域壁在超快消磁中的稳定性，发现其位置、形状和宽度在50%消磁范围内保持不变，同时探讨了强激发引起的纳米尺度磁域切换。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Optical Excitation to Control Magnetic Skyrmion Nucleation
在铁磁多层膜中，具有高于光学成核阈值的能量密度的单个激光脉冲可以产生随机分布在激光光斑区域上的磁skyrmion。然而，为了研究skyrmion的动力学及其在未来数据技术中的应用，skyrmion成核位点的可控定位是至关重要的。在这里，它表明，图案化的反射掩模后面的薄磁膜可以被设计为局部定制的光激发振幅达到，导致空间控制的skyrmion成核在纳米尺度上。使用X射线显微镜，纳米图案化的背面铝掩模上的光激发的影响进行了研究，在两个样品的几何形状与不同的层序列的基板和磁性Co/Pt多层。令人惊讶的是，当改变这个顺序时，掩模对抑制或增强skymion成核的作用逆转。此外，光学近场增强还影响有核skyrmions的空间排列。激光激发的空间调制的模拟，以及随后的热传递在两个样品的几何形状的界面来解释这些观察。结果表明，一个可靠的方法来添加纳米尺度的空间控制超快时间尺度上的光致磁化过程。
2022-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computing and Memory Technologies based on Magnetic Skyrmions
孤波磁激发，如畴壁，特别是skyrmionics，使紧凑，高密度，超快，全电子，低能量设备的可能性，这是skyrmionics新兴领域的基础。Skyrmion自旋的拓扑缠绕影响它们的整体寿命，能量和动力学行为。在这篇综述中，我们讨论skyrmionics在当今的固态存储器景观的背景下，并显示它们的大小，稳定性和流动性可以通过材料工程控制，以及它们如何可以成核和检测。铁磁体在其补偿点附近是这种应用的重要候选者，导致对非晶CoGd的详细探索以及对新兴材料如Mn $_4$ N和Inverse Heusler合金的研究。除了材料特性外，几何参数如薄膜厚度、缺陷密度和缺口可用于调整skyrmion特性，如它们的尺寸和稳定性。然而，拓扑结构可以是一把双刃剑，特别是对于孤立的亚稳skyrmions，因为它带来了稳定性的额外阻尼和偏转马格努斯力相比，域壁的成本。Skyrmion变形响应力也使他们本质上慢于畴壁。我们探讨潜在的模拟应用skyrmions，包括在低密度的时间记忆，和decorrelator的随机计算在一个更高的密度，利用它们的相互作用。我们总结了实现skyrmionics技术的主要挑战，包括保持非常高的精度，电读出，特别是对于小亚铁磁skyrmion，确定性成核和湮灭，以及整体集成与相关的电路开销的数字电路的位置稳定性。
2021-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Laser-induced topological spin switching in a 2D van der Waals magnet
二维范德华磁体由于其广泛的电、磁和拓扑性质而代表了高能效自旋电子学应用中最有前途的领域之一。特别令人感兴趣的是通过飞秒激光脉冲控制2D材料的磁性，这可以为数据存储行业中的低功耗设备平台提供真正的路径。然而，很少有人知道的vdW层中的光和自旋属性之间的相互作用。在这里，结合大规模自旋动力学模拟，包括双二次交换相互作用和宽场克尔显微镜（WFKM），我们表明，超快激光激发不仅可以在CrGeTe $_3$ vdW磁体中产生不同类型的自旋织构，但也诱导它们之间的可逆转换在一个触发开关机制。我们的计算表明，skyrmion，反skyrmion，skyrmionium和条纹域可以通过高强度的激光脉冲在皮秒制度产生。该效应可通过激光能量调节，其中可以选择不同的自旋行为，例如对信息技术重要的快速退磁过程（$\sim$ 250 fs）。不同的拓扑自旋纹理之间的相变获得作为额外的激光脉冲施加到系统中的极化和自旋的最终状态可以由外部磁场控制。我们通过实验证实了CrGeTe $_3$中由于激光诱导电子加热的独特方面而产生的、操纵和触发开关现象。我们的研究结果表明，激光驱动的自旋纹理的二维磁铁作为一种途径，在原子水平上的超快可重构架构。
2023-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrafast time-evolution of chiral Néel magnetic domain walls probed by circular dichroism in x-ray resonant magnetic scattering
铁磁薄膜中的非共线自旋织构正吸引着新的兴趣，这是由于几种磁相互作用的可能的精细工程，特别是界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。这允许稳定复杂的手性自旋织构，例如手性磁畴壁（DW）、自旋螺旋和磁性skyrmion。我们在这里报告的超快行为的手性DW光泵后，在垂直磁化的非对称多层膜，探测使用时间分辨圆二色性X射线共振磁散射（CD-XRMS）。我们观察到皮秒瞬态减少的CD-XRMS，这是由于自旋电流引起的相干和非相干扭矩内的连续依赖的自旋纹理的DW。我们认为，一个特定的退磁的DW的内部结构诱导热自旋流从内部相邻的磁畴。我们确定这种随时间变化的DW纹理的激光脉冲后不久的同手性N 'eel形状的失真朝着瞬态混合布洛赫-Néel-Bloch纹理沿横向DW的方向。我们的研究强调了时间分辨CD-XRMS如何成为一种独特的工具，用于研究其他系统中的时间演化，这些系统显示出非共线的电/磁有序，如skyrmion晶格，圆锥/螺旋相，以及最近观察到的金属或绝缘材料中的反skyrmion晶格。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Laser-controlled real- and reciprocal-space topology in multiferroic insulators
其中可以控制其在实空间中的磁序的拓扑或其在倒易空间中的磁激励的拓扑的磁性材料作为用于替代数据存储和计算架构的平台而备受追捧。在这里，我们表明，多铁性绝缘体，由于其磁电耦合，提供了一个自然和有利的方式来解决这两个不同的拓扑结构，使用激光场。我们表明，通过从高频激光和耗散的能量注入之间的微妙平衡，单skyrmions -原型拓扑磁纹理-可以设置成运动的速度和传播方向，可以调谐的激光场的振幅和偏振，分别。此外，我们发现了一个超快Floquet磁振子拓扑相变在激光驱动的skyrmion晶体，我们提出了一个新的诊断工具来揭示它使用的磁振子热霍尔电导率。
2021-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Instability in domain wall dynamics in almost compensated ferrimagnets
本文研究近补偿亚铁磁体畴壁动力学，发现其色散存在临界动量端点，类场力矩驱动下畴壁会周期性激发非线性壁内动力学并以自旋波爆发释放能量。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall
