Designing compensated magnetic states in tetragonal Mn3Ge-based alloys
磁补偿态由于具有大交换偏置和大介电常数等优点，以及无杂散场等优点，在反铁磁自旋电子学中有着潜在的应用前景，引起了人们的广泛关注。本文采用KKR-CPA方法对Ni（Pd，Pt）掺杂的Mn_3Ge基D 022型四元Heusler合金进行了从头计算，得到了它们的完全补偿态.我们发现Mn_（3-x）Y_xGe（Y = Ni，Pd，Pt）中的总磁矩变化在补偿点（x = 0.3）处是不对称的，这与Mn_3Ga中的实验结果高度一致.此外，一个不寻常的不连续跳跃观察到的临界零力矩点，表明一些非平凡的性质可以出现在这一点上。进一步的电子分析的三个补偿组合物揭示大的自旋极化，连同高居里温度的主机Mn 3Ge，使他们有前途的候选人自旋转移力矩的应用。
2016-10-17 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Studies of Novel Magnetic Materials in Borides
本研究构建融合第一性原理计算、材料预测与磁性计算的高通量工作流，在硼化物中发现量子磁体、交变磁体及磁性MAB相三类新型磁性材料。
2025-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Simplified criteria for identifying and designing altermagnetic crystals in real space
Eastern Institute of Technology（东方理工大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Nanjing Normal University（南京师范大学）
提出基于实空间对称性判据，通过分析非磁母体结构操作对自旋子晶格的置换来识别交变磁体，并通过第一性原理计算验证。
2026-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Designing superhard magnetic material in clathrate \b{eta}-C3N2 through atom embeddedness
该研究基于密度泛函理论提出向笼状β-C3N2中嵌入H或F原子，分别获得稳定的超硬反铁磁半导体与超硬铁磁半金属。
2023-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Designing Rashba-Dresselhaus effect in magnetic insulators
自旋电子学中控制磁性的主要策略之一是利用电子自旋与其轨道运动之间的耦合。Rashba和Dresselhaus自旋-轨道耦合引起带电子的磁性纹理，称为自旋动量锁定，其通过电流的注入产生自旋扭矩。然而，焦耳加热一直是器件应用的瓶颈。在这里，我们提出了一个理论，以产生进一步丰富的自旋纹理的绝缘反铁磁体与破缺的空间反转对称性（SIS），这是很容易控制的一个小磁场。在反铁磁体中，有序磁矩包含两种磁振子，它们充当与电子自旋类似的内部自由度。由SIS破缺引入的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用将两个磁振子自由度与磁振子动量耦合。我们提出了一个系统的方法来设计这样的纹理和检测它通过磁子自旋电流的反铁磁存储器的实现。
2019-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Designing a path towards superconductivity through magnetic exchange in transition-metal intercalated bilayer graphene
本研究通过系统研究过渡金属（TM）插层双层石墨烯的电子和磁性来考察其超导电性的潜力。我们使用密度泛函理论（DFT）确定了两层石墨烯之间稳定蜂窝结构中所有第一行TM元素的电子结构。通过分析的电子密度，我们评估的感应的磁矩在每种情况下，其中的铁磁和反铁磁配置的比较，使我们能够确定估计的过渡金属元素之间的交换耦合。通过电子性质的分析，我们发现碳的$p$ -带与TM的$d$-带是简并的，并在$Γ-$点的费米能级以下形成一个电子口袋。这些杂化带类似于碳$p$带效应，其在具有碱金属和碱土金属的插层石墨中产生超导性。此外，由于这些带与TM $d$ -带杂化，因此它们的磁性可以从它们的自旋耦合提供玻色子模式，以保持单层石墨烯中存在的独特线性色散。本研究提供了一种利用TM调谐磁电Dirac材料的设计路线，并将鼓励未来的实验研究，以进一步促进非常规超导的基础知识。
2019-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Designing magnetism in Fe-based Heusler alloys: a machine learning approach
结合材料信息学和高通量电子结构计算提供了快速表征复杂磁性材料的可能性。在这里，我们证明了在从头计算水平上计算的电子性质数据集可以有效地用于识别和理解磁性材料的物理趋势，从而为加速材料发现开辟了新的途径。以数据为中心的方法之后，我们利用在密度泛函理论水平计算的Heusler合金的数据库来识别在$X_2$ Fe $Z$ Heusler原型中邻近Fe的理想离子。Fe与最近邻的$X$离子的杂化被发现会引起原位Fe电荷的重新分布和其磁矩的净增加，其磁矩与$X$的价态成正比。因此，后过渡金属是生产高磁矩铁基Heusler磁体的理想Fe邻居。同时，热力学稳定性分析发现，限制$Z$的主族元素。机器学习回归器，训练预测磁矩和赫斯勒合金的体积，用于确定属于所提出的原型的所有材料的磁化。我们发现Co $_2$ Fe $Z$合金，特别是Co $_2$ FeSi，使磁化强度最大化，其达到高达1.2T的值。这是在良好的协议与从头算和实验数据。此外，我们确定Cu $_2$ Fe $Z$系列是具有成本效益的材料类别，提供约0.65 T的磁化强度。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Designing Optimal Distorted-Octahedra Superlattices for Strong Topological Hall Effect
本研究在原子级设计的(DyScO3)n/(SrRuO3)n超晶格中，通过控制层厚和应变成功诱导拓扑霍尔效应，为畸变八面体驱动的拓扑现象提供了通用平台。
2025-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Surfing multiple conformation-property landscapes via machine learning: Designing magnetic anisotropy
计算统计学科的出现，如机器学习，正在导致我们构思新化合物设计方式的范式转变。今天，计算科学不仅提供了对实验的正确理解，而且还可以直接为特定应用设计最佳化合物。这种方法被称为逆向工程，需要构建能够有效预测连续结构-性质图的模型。在这里，我们表明，逆向工程可以用来调整单离子分子磁铁的磁性能在一个自动化的智能方式。我们设计了一个机器学习模型来预测作为化学结构函数的能量和磁性。然后，粒子群优化算法被用来探索构象景观在寻找新的分子结构，导致增强的磁各向异性。我们发现，5%的变化，在一个协调角导致50%的各向异性增加。我们的方法为机器学习驱动的对一般类别磁性材料的化学空间的探索铺平了道路。最重要的是，它可以应用于任何结构-性能关系，并提供了一种有效的方法来自动生成新材料的目标性能从以前合成的知识。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Designing Strong and Broadband Nonreciprocal Thermal Radiation in Magnetic Topological Materials
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
通过第一性原理与麦克斯韦电动力学结合，预测了磁性Weyl半金属（如Co₃Sn₂S₂）在红外波段实现无磁场强宽带非互易热辐射，并提出了材料设计准则。
2026-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding and Designing the Spin-Driven Thermoelectrics
虽然基于电子和声子特性工程的热电材料进展达到了一个平台，但增加自旋自由度有可能为替代热电材料开辟新的前景。在这里，我们提出的概念，目前的理解，和设计自旋驱动热电的指导方针。我们发现，自旋和热流之间的相互作用在熵输运通过载流子可以提供一个战略路径，以提高电子的热电势。经典的反铁磁半导体碲化锰（MnTe）被选为案例研究，由于其显着的自旋介导的热电性能。我们发现，虽然自旋无序散射降低了磁性材料中的载流子迁移率，自旋熵，磁振子，顺磁振子载流子阻力可以占主导地位，并显着提高热电功率因数，因此ZT。最后，根据目前的认识，提出了设计高性能自旋驱动热电材料的几点指导原则。
2021-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Designing Non-Relativistic Spin Splitting in Oxide Perovskites
该研究以Pbnm对称钙钛矿氧化物为对象，通过声子与多极分析揭示原子畸变对非相对论自旋分裂的作用，提出A位阳离子尺寸修饰等三种调控策略，建立了相关设计框架。
2025-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Designing layered 2D skyrmion lattices in moiré magnetic hetero-structures
本文理论研究扭转 CrBr_3/CrI_3 莫尔磁性异质结构，利用界面 DMI 与手性层间场在零磁场下构建层状铁磁及反铁磁斯格明子晶格。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Designing Magnetic Topological Insulator Trilayers for Highly-Efficient Spin-Orbit Torque Switching
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过分子束外延合成磁性拓扑绝缘体三明治，揭示了亚稳态化学势不对称性是磁性拓扑绝缘体三明治中大自旋-轨道扭矩切换比的起源，并建立了量子反常霍尔绝缘体中边缘电流手性电控的路径。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing potentials by sculpturing wires
原子芯片上原子的磁俘获势由芯片导线中的电流决定。通过改变导体的形状，我们可以实现特定的电流模式，从而对捕获电势进行微设计。我们已经证明了这一点，通过纳米加工的原子芯片使用聚焦离子束技术。我们建立了一个陷阱，一个障碍，并使用BEC作为探针，我们表明，通过抛光导体边缘的潜在粗糙度选择的线可以减少。此外，我们给出了不同的其他设计，并讨论了一个原子芯片上的一维磁晶格的创建。
2008-02-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Designing Fe Nanostructures at Graphene/h-BN Interfaces
量身定制的磁性纳米结构提供了各种对技术应用有用的功能。在这项工作中，我们探索的可能性，实现铁纳米结构的界面处的二维石墨烯和h-BN的从头算密度泛函计算。借助从头算Born-Oppenheimer分子动力学模拟和轻推弹性带方法计算的扩散势垒，我们发现：（i）Fe在BN上的扩散势垒远小于在石墨烯上的扩散势垒;（ii）Fe吸附原子在短时间内（~ 2. 1 ps）形成团簇;（iii）Fe团簇容易在C-N界面扩散，但在C-B界面变得不活动。计算得到的Fe团簇在C-B界面处的磁交换耦合随分隔石墨烯部分的BN的宽度而非单调地变化。可以设想在2D石墨烯/h-BN杂化物的C-B界面处设计磁性纳米结构，以实现与自旋电子学相关的有趣应用。
2013-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Designing rare-earth free permanent magnets in Heusler alloys via interstitial doping
基于高通量密度泛函理论计算，研究了轻间隙原子H、B、C和N对立方Heusler合金磁性能的影响，旨在设计新型无稀土永磁体.据观察，间隙原子诱导显着的四重畸变，导致32个候选人与大（$>$ 0.4 MJ/m $^3$）单轴磁晶各向异性能（MAEs）和10例大面内MAEs。根据微扰理论和化学键的详细分析表明，强的MAE来源于晶体的局部畸变，从而改变了晶体周围的化学键。这提供了一种有价值的方法来定制MAE以获得有竞争力的永磁体，填补了高性能Sm-Co/Nd-Fe-B和广泛使用的铁氧体/AlNiCo材料之间的空白。
2019-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Designing a fully-compensated half-metallic ferrimagnet
最近的实验工作表明，Mn 2 RuxGa具有作为补偿亚铁磁半金属（CFHM）的潜力.在这里，我们提出了一套高通量的从头计算密度泛函理论计算和详细的实验表征，使我们能够正确地描述标称Mn 2 RuxGa薄膜，特别是关于位置无序和缺陷.然后，我们构建模型，准确地捕捉所有的关键功能的Mn-Ru-Ga系统，包括磁补偿和自旋隙在费米能级。我们发现，电子掺杂是必要的，这是实现与Mn/Ga比小于2。我们的研究表明，如何组合物和衬底诱导的双轴应变可以结合起来，设计第一个室温CFHM。
2015-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Designing Disorder into Crystalline Materials
晶体是以周期性顺序为特征的物质状态。然而，晶体材料可以以许多形式隐藏无序，例如组成、原子位移、键合排列、分子取向、构象、电荷状态、轨道占位或磁性结构的非重复变化。疾病有时可能是随机的，但更常见的是相关的。对无序晶体的前沿研究现在试图控制和利用这些相关无序状态中持续存在的不寻常模式，以获得常规晶体无法获得的功能反应。在这篇评论中，我们调查的核心设计原则，在材料化学家的处置，允许有针对性的控制相关的障碍。我们展示了这些原则-通常由长期研究的统计力学模型提供信息-可以应用于出乎意料的广泛材料，包括有机物，超分子组装，氧化物陶瓷和金属-有机框架。最后，我们与一个前瞻性的讨论令人兴奋的链接功能在响应媒体，热电，拓扑阶段，和信息存储。
2019-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Designing hysteresis with dipolar chains
对外场具有滞后响应的材料在现代信息存储和处理技术中是必不可少的。几种天然和人工材料的磁化曲线先前已经被测量和解释的尼尔模型，Preisach唯象模型，创建，传播和湮灭的拓扑缺陷，或通过共振量子隧穿的磁化在单分子磁体。然而，缺少一种设计材料磁响应的简单方法。在这里，我们提出并实验实现了一个基本的方法来工程磁滞回线的超材料建立了偶极链。我们表明，通过调整系统的相互作用和几何形状，我们可以诱导磁响应有或没有剩磁。我们的研究结果铺平了道路，在各种物理系统，如偶极冷原子，铁电体，或人工磁晶格，等等的滞后响应的合理设计。
2018-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Designing magnetic properties in CrSBr through hydrostatic pressure and ligand substitution
本研究通过静水压和配体取代（Cl合金化）两种方法调控二维层状半导体CrSBr的A型反铁磁性质，发现其能改变层间交换能、Néel温度及磁各向异性，并首次实现层间耦合从反铁磁到铁磁的化学转变。
2022-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing quantum dots for solotronics
Solotronics，基于孤立掺杂剂的光电子学，是一个新兴的研究和技术领域，达到了小型化的极限。它旨在利用嵌入半导体基质中的单个离子或缺陷的量子特性。如已经示出的，采用限制在量子点中的光生载流子，磁性离子的自旋的光学控制是可行的。非辐射复合被认为是一个严重的问题，限制了磁性离子量子点的发展。我们的光致发光的研究，到目前为止未开发的，个别的碲化镉点与单个钴离子和个别的CdSe点与单个锰离子显示，然而，即使在能量允许的情况下，单离子相关的非辐射复合是可以忽略不计的零维结构。这为广泛的甚至尚未考虑的系统打开了solotronics。基于我们的单自旋弛豫实验的结果和材料的趋势，我们确定最佳的磁性离子-量子点系统的单离子为基础的自旋存储器的实施。
2013-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing Antiferromagnetic Spin-1/2 Chains in Janus Fullerene Nanoribbons
本研究通过在富勒烯纳米带边缘引入额外C60笼，设计出自旋-1/2反铁磁链，实现原子级精度磁性边缘态，为自旋器件和多体量子相探索提供新平台。
2025-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Designing of a magnetodielectric system in hybrid organic-inorganic framework, a perovskite layered phosphonate MnO3PC6H4-m-Br.H2O
金属-有机体系的多铁性和磁电耦合的研究还很少。很少有杂化有机-无机框架（HOIF）表现出直接的磁电耦合（自旋和偶极子之间的耦合），也仅限于特定的基于COOH的系统。我们展示了如何可以设计一个混合系统，以获得这样的耦合的基础上的有机配体的合理设计。层状膦酸盐MnO3PC6H5.H2O由与有机苯基层堆叠的钙钛矿层组成，用作起始潜在候选物。为了引入偶极矩，设计了一种与之密切相关的金属膦酸盐MnO_3PC_6H_4-m-Br·H_2O。为此，该膦酸酯由3-溴苯基膦酸制备，其特征在于一个电负性溴原子直接连接在芳环的Meta位上，降低了前体本身的对称性。因此，在MnO_3 PC_6 H_4-m-Br·H_2 O中的溴苯部分诱导有限的偶极矩。这种新设计的化合物表现出复杂的磁性，如在层状烷基链MnO 3 PCnH 2 n +1. H2 O材料中所观察到的，即，在20 K附近的二维磁有序，随后在12 K以下的弱铁磁有序（T1），在T1以下约25 kOe的磁场（H）诱导的跃迁。所有这些磁性特征都精确地捕获在T和H相关的介电常数中，Δ T（T）和Δ H（H）。这表明在这种设计的混合直接磁介电耦合，并产生一个新的路径来调整多铁性排序和磁介电耦合。
2019-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Non-reciprocal coherent all-optical switching between magnetic multi-states
本研究通过实验与计算揭示了石榴石中超快光磁开关的磁化非互易运动特性，发现开关轨迹受光磁转矩与磁各向异性共同调控，为节能磁化开关设计提供了新方向。
2023-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic illusion: transforming a magnetic object into another object by negative permeability
我们从理论上预测和实验验证的错觉，变换到另一个任意对象的一个3D对象的磁签名。这是通过采用负磁导率材料，我们证明，可以通过定制的电流集来模拟。铁磁体的磁响应到它的拮抗材料，超导体的实验转换，证实了这一理论。电流对负磁导率材料的模拟为以前所未有的方式设计控制磁场的器件提供了一条新的途径。
2018-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Magnetically-induced electric polarization in an organo-metallic magnet
磁有序和铁电性之间的耦合在许多过渡金属氧化物中得到了广泛的研究。最强的耦合是在所谓的磁致多铁性中获得的，其中铁电性直接来自破坏反转对称性的磁序。然而，很难找到其中发生这些效应的非氧化物基材料。在这里，我们提出了一个研究的二甲基亚砜二氯化铜（CDC），有机金属量子磁体含有$S = 1/2$铜自旋，其中电极化的强度产生的非共线磁序。我们表明，电极化的强度可以切换在一个惊人的滞后的方式。由于CDC中的磁序是由大有机分子介导的，因此我们的研究表明，磁电相互作用可以存在于这类重要的材料中，从而为使用大分子作为构建块来设计磁电和多铁性开辟了道路。此外，我们表明，CDC经历了磁电量子相变，铁电和磁秩序同时出现作为磁场的函数在非常低的温度。
2009-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Atomic Origins of Magnetic Anisotropy in Ru-substituted Manganite Films
Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
Ru掺杂锰ite薄膜中磁各向异性的原子起源研究揭示了Ru单离子各向异性和Ru-Mn反铁磁耦合对磁性的影响，为设计先进磁性材料提供新方向。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
