在自旋极化扫描隧道显微镜(SP-STM)的框架下,采用3D-WKB标量电荷和矢量自旋输运理论,研究了拓扑结构不同的实空间磁性Skyrmionic织构的高分辨率隧穿电子自旋输运性质(纵向自旋流(LSC)和自旋转移矩(STT)图).在我们的理论研究中,我们考虑了(Pt $_{0.95}$ Ir $_{0.05}$)/Fe/Pd(111)双磁性薄膜中具有不同拓扑电荷($Q=-3,-2,-1,0,1,2$)的亚稳Skyrmionic自旋结构.使用面外磁化SP-STM尖端,发现作用于磁纹理自旋的LSC矢量和所有STT矢量分量的映射表现出与skyrmionic对象相同的拓扑结构。相比之下,平面内磁化尖端通常不会导致自旋输运矢量图,其在拓扑上等同于底层自旋结构,除了在样品和尖端的自旋极化之间的特定关系处作用于skyrmionic纹理的自旋的LSC矢量。自旋输运矢量的大小表现出密切的关系,无论skyrmionic拓扑结构的电荷电流SP-STM图像。此外,我们发现,STT的效率(扭矩/电流比)作用于自旋的skyrmions可以达到大的值高达$\sim$ 25 meV/ $μ$ A($\sim$ 0.97 $h/e$)以上的边缘的磁性物体,但它显着变化之间的大和小的值取决于SP-STM尖端以上的拓扑自旋纹理的横向位置。一个简单的表达式的STT效率的介绍,以解释其变化。我们计算的自旋输运矢量可用于研究自旋极化隧道电流诱导的自旋动力学的拓扑不同的表面磁性skyrmionic纹理。
英文摘要:
High-resolution tunneling electron spin transport properties (longitudinal spin current (LSC) and spin transfer torque (STT) maps) of topologically distinct real-space magnetic skyrmionic textures are reported by employing a 3D-WKB combined scalar charge and vector spin transport theory in the framework of spin-polarized scanning tunneling microscopy (SP-STM). For our theoretical investigation metastable skyrmionic spin structures with various topological charges ($Q=-3,-2,-1,0,1,2$) in the (Pt$_{0.95}$Ir$_{0.05}$)/Fe/Pd(111) ultrathin magnetic film are considered. Using an out-of-plane magnetized SP-STM tip it is found that the maps of the LSC vectors acting on the spins of the magnetic textures and all STT vector components exhibit the same topology as the skyrmionic objects. In contrast, an in-plane magnetized tip generally does not result in spin transport vector maps that are topologically equivalent to the underlying spin structure, except for the LSC vectors acting on the spins of the skyrmionic textures at a specific relation between the spin polarizations of the sample and the tip. The magnitudes of the spin transport vector quantities exhibit close relations to charge current SP-STM images irrespectively of the skyrmionic topologies. Moreover, we find that the STT efficiency (torque/current ratio) acting on the spins of the skyrmions can reach large values up to $\sim$25 meV/$μ$A ($\sim$0.97 $h/e$) above the rim of the magnetic objects, but it considerably varies between large and small values depending on the lateral position of the SP-STM tip above the topological spin textures. A simple expression for the STT efficiency is introduced to explain its variation. Our calculated spin transport vectors can be used for the investigation of spin-polarized tunneling-current-induced spin dynamics of topologically distinct surface magnetic skyrmionic textures.
Design of 2D Skyrmionic Metamaterial Through Controlled Assembly
Uppsala University(乌普萨拉大学);KTH Royal Institute of Technology(瑞典皇家理工学院);Swedish e-Science Research Center(瑞典电子科学研究中心);Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences(中国科学院深圳先进技术研究院);Linnaeus University(林奈大学);Örebro University(厄勒布鲁大学);Soochow University(苏州大学)
Confinement-controlled pathways to complex skyrmionic textures in Co/W/Pt multilayers
Sultan Qaboos University(阿曼苏丹卡布斯大学);University of Technology and Applied Sciences - Muscat (UTAS-Muscat)(马斯喀特科技与应用大学);University of Lille, CNRS, Centrale Lille, Université Polytechnique Hauts-de-France, UMR 8520 - IEMN(里尔大学、法国国家科学研究中心、中央里尔学院、上法兰西高等理工学院);Nanyang Technological University(南洋理工大学)
Metaheuristic conditional neural network for harvesting skyrmionic metastable states
KTH Royal Institute of Technology(KTH皇家理工学院);Swedish e-Science Research Center(瑞典电子科学研究中心);Uppsala University(乌普萨拉大学);Örebro University(厄勒布鲁大学);Linnaeus University(林奈大学);University of Iceland(冰岛大学)
3D tomographic imaging of skyrmionic cocoons using HERALDO
Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay(阿尔贝·费尔实验室,法国国家科学研究中心,泰雷兹集团,巴黎萨克雷大学);Spin-ion Technologies(Spin-ion 科技公司);Helmholtz-Zentrum Berlin(亥姆霍兹柏林中心);University of Augsburg(奥格斯堡大学);Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids(马克斯·普朗克固体化学物理研究所);International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter (WPI-SKCM2), Hiroshima University(广岛大学打结手性超物质可持续发展国际研究所(WPI-SKCM2))
Complex magnetic exchange, anisotropy and skyrmionic textures in two-dimensional FeXZ$_{2}$ (\textit{X} = Nb, Ta and \textit{Z} = S, Se, Te) ferromagnets
Ferroelectricity controlled chiral spin textures and anomalous valley Hall effect in the Janus magnet-based multiferroic heterostructure
实现自旋拓扑织构的有效操纵和显式识别是使自旋织构成为高存储密度、高数据处理速度和低能耗自旋电子器件信息载体的两个关键因素。与传统的磁调控方法相比,电场调控磁调控是一种无耗散的方法。然而,由于磁场不直接破坏时间反演对称性,磁化强度对电场不敏感,并且由于外部涨落引起的漂移,拓扑磁准粒子的分布很难保持,这可能导致准粒子与均匀磁背景之间的模糊识别。在这里,我们表明,在Janus磁铁为基础的多铁性异质结构LaClBr/In 2 Se 3的异常谷霍尔效应所产生的横向电压,可以很容易地和明确地区分电极化的强度驱动的skyrmionic和均匀铁磁态。我们的工作提供了一种替代方法的数据编码,其中数据编码结合拓扑自旋纹理与可检测的电子输运。
Dzyaloshinskii-Moriya interactions and magnetic texture in the Fe films deposited on transition-metal dichalcogenides
采用第一性原理密度泛函方法研究了二维过渡金属二硫属化合物(TMDC)材料的磁性,即Fe插层的体相Fe $_{1/4}$ TaS $_2$化合物和沉积Fe膜的TMDC单层材料.改变由TMDC单层上的Fe覆盖层组成的系统的结构和组成导致其物理性质的相当大的变化。对于所考虑的系统的Dzyaloshinskiii-Moriya(DM)的相互作用已被确定,并用于随后的调查,他们的磁结构使用蒙特卡罗模拟。在这些材料中的一些中已经获得了相当强的DM相互作用以及大的$D/J$比率,这可以导致形成随所施加的外部磁场的强度而变化的skyrmionic结构。
Surface pinning and triggered unwinding of skyrmions in a cubic chiral magnet
在立方手性磁体Fe $_{1-x}$ Co $_{x}$ Si中,通过场冷却样品,可以将包括拓扑非平凡自旋涡旋(所谓的skyrmions)的亚稳态保持到低温。这种亚稳的skyrmion态在能量上与拓扑平凡的基态分离了相当大的势垒,这种现象也被称为拓扑保护。使用磁力显微镜上的大块晶体的表面上,我们表明,某些位置优先和可重复地装饰亚稳态skyrmions,表明表面钉扎起着至关重要的作用。增加磁场可以使更多的skyrmion克服势垒,从而转变为基态。最值得注意的是,我们发现单个skyrmion的解旋可能是由磁尖本身触发的,然而,只有当它的磁化平行于外部场时。这意味着尖端的杂散场是局部克服拓扑保护的关键。拓扑非平凡态的位置控制以及它们的按需创建和湮灭在潜在的skyrmionic应用的背景下构成了重要的挑战。