The skyrmion switch: turning magnetic skyrmion bubbles on and off with an electric field
纳米磁性Skyrmions被认为是未来自旋电子学存储和逻辑器件的潜在信息载体。这样的应用将需要控制它们的局部产生和消灭，这涉及到迄今为止要么消耗能量要么难以集成的解决方案。在这里，我们展示了使用电场门控，一个容易集成和潜在的能量有效的解决方案的skyrmion气泡的成核和湮灭的控制。我们提出了一个详细的稳定图的skyrmion气泡在Pt/Co/氧化物三层，并表明，它们的稳定性可以通过施加电场控制。分析气泡模型，与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用嵌入在畴壁能量，占观察到的电skyrmion开关效应。这使我们能够揭开起源的电控制的skyrmion稳定性，并表明，磁偶极相互作用和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用中发挥重要作用的skyrmion气泡稳定。
2017-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Individual skyrmion manipulation by local magnetic field gradients
磁性skyrmions是拓扑保护的自旋纹理，在具有强Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的系统中稳定。一些研究表明，电流可以通过自旋轨道力矩有效地移动skyrmions。虽然有希望的技术应用，电流驱动的skyrmion运动本质上是集体的，并伴随着不希望的加热效应。在这里，我们展示了一种新的方法来控制个人skyrmion的位置精确，这依赖于样品和磁力显微镜（MFM）探针之间的磁相互作用。我们调查垂直磁化的X/CoFeB/MgO多层膜，其中X = W或Pt的磁是足够强的，以允许skyrmion成核在施加的字段。我们表明，这些skyrmions可以单独操作，通过扫描MFM探头产生的局部场梯度，具有前所未有的精度。此外，我们表明，探测杂散场可以帮助skyrmion成核。我们的概念验证结果提供了电流自由的范例，以有效的个人skyrmion控制。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion morphology in ultrathin magnetic films
氮空位磁显微镜是一种非侵入性、高分辨率的工具，可以在淬灭模式下研究磁性薄膜中孤立的Skyrmions的形态。研究发现，局部钉扎效应和磁场历史对skyrmion的尺寸和形状有很大影响。微磁模拟，包括静态无序，基于一个物理模型的晶粒到晶粒的厚度变化，再现所有的实验观察，并揭示了无序和磁历史的关键作用，在稳定的skyrmions在磁性薄膜。这项工作开辟了深入了解真实，无序介质中的skyrmion动力学的道路。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Electrical detection and nucleation of a magnetic skyrmion in a magnetic tunnel junction observed via operando magnetic microscopy
本研究通过operando磁性显微技术，展示了在磁性隧道结中对单个磁性斯格明子的电学检测，以及利用栅极电压控制磁各向异性实现其成核与湮灭，证明了单个器件中的读写操作，为低功耗斯格明子技术奠定里程碑。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Motion Driven by Oscillating Magnetic Field
电流诱导的磁skyrmion运动由于其在下一代磁存储器件中的应用潜力而引起了人们的广泛关注。最近，由振荡磁场驱动的单向skyrmion运动也在具有skyrmion拓扑的大（20微米）气泡畴上被证明。在与高密度存储器件更相关的较小长度尺度上，我们在这里通过数值模拟表明，几十纳米的skyrmion也可以由高频场振荡驱动，但运动方向与倾斜的振荡场方向不同。我们发现，小尺寸Skyrmion的高频场可以激发Skyrmion共振模式，不同模式的组合将导致最终的Skyrmion运动与螺旋轨迹。由于这种螺旋运动取决于场的频率，因此我们可以控制Skyrmion运动的速度和方向，这是与其他方法相比的一个可区分的特性。
2015-04-23 cond-mat.mtrl-sci
From Bubble to Skyrmion: Dynamic Transformation Mediated by a Strong Magnetic Tip
由于RKKY相互作用和单轴磁各向异性之间的竞争，金属铁磁薄膜中的Skyrmion是稳定的。我们模拟的RKKY相互作用的次近邻铁磁和反铁磁交换相互作用。我们证明了解析和数值耗散转化的气泡由一个强大的圆柱形磁尖到一个稳定的Skyrmion。
2003-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmions in antiferromagnets: thermal stability and the effect of external field and impurities
计算了反铁磁体中的skyrmions，并与相应铁磁体中的skyrmions进行了比较。计算了skyrmion的坍缩率和通过径迹边界的逃逸率，以及与非磁性杂质的结合率和坍缩率随外加磁场的变化。在没有外加磁场的情况下，AFM和相应的FM中Skyrmion湮灭的激活能是相同的。然而，在阿克里米乌斯速率定律中的指前因子是不同的，因为两个系统中的skyrmion动力学是不同的。外加磁场对这两种材料中的skyrmions有相反的影响。在原子力显微镜中，随着磁场的增加，skyrmion的坍缩率以及通过磁条边缘的逃逸率略有下降，而当磁场与skyrmion中心的磁化方向反向平行时，相应的FM中的skyrmion的坍缩率和逃逸率都会大幅增加。非磁性杂质不太可能在AFM中捕获Skyrmion，特别是在存在磁场的情况下。这与自旋极化电流在电流的方向上移动AFM中的skyrmions，而在FM中skyrmions以与电流成一角度移动的既定事实一起，证明AFM中的skyrmions具有优于用于存储器和自旋电子器件的FM中的skyrmions的几个有利性质。
2020-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Bloch-type magnetic skyrmions in two-dimensional lattice
本研究通过第一性原理计算和Monte-Carlo模拟，发现单层MnInP2Te6在无磁场下存在受D3对称性保护的Bloch型磁斯格明子，并绘制了其在多物理场下的相图，丰富了二维拓扑磁性研究。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of magnetic skyrmions in continuous Ir/Co/Pt multilayers
我们发现，在室温下，在SiO2/Si衬底上连续的Ir/Co/Pt多层膜中，磁skyrmions可以稳定存在，而无需预先施加电流或磁场。在降低Co厚度的同时，磁各向异性的调整会导致从蠕虫状磁畴图案转变为长且分离的条纹。使用磁力显微镜可以清楚地观察到这两种状态下的skyrmions。在应用面内场过程后，Skyrmions的密度可以显着增加。此外，我们已经研究了在同一个运行中沉积的样品的相图，但使用洛伦兹透射电子显微镜上的SiNx膜。有趣的是，该样品显示出不同的行为作为磁场的函数暗示应变的影响，在薄膜多层的skyrmions的相图。我们的研究结果提供了操纵skyrmion的方法，进一步允许基于skyrmion的设备的优化工程。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Switching intrinsic magnetic skyrmions with controllable magnetic anisotropy in van der Waals multiferroic heterostructures
基于第一性原理研究，提出在二维范德华多铁异质结构CrSeI/In2Te3中通过反转铁电极化调控磁各向异性，实现本征磁性斯格明子与高温铁磁态的切换，为自旋电子学提供节能高效策略。
2024-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermally induced generation and annihilation of magnetic chiral skyrmion bubbles and achiral bubbles in Mn-Ni-Ga Magnets
手性Skyrmion磁泡和非手性磁泡是两种独立的磁畴结构，其中手性磁泡具有与Skyrmion磁泡相同的缠绕数，为进一步的自旋电子学器件提供了很好的信息载体。在这里，在这项工作中，我们的实验研究的产生和湮灭的磁性手性skyrmion气泡和非手性气泡的Mn-Ni-Ga薄板通过使用洛伦兹透射电子显微镜（L-TEM）。通过改变外加磁场的倾斜角度，可以直接控制两个独立的磁畴结构。通过对磁化反转随温度的变化进行成像，我们发现了一种特殊的磁手征skyrmion泡的湮灭模式和一个非线性的缠绕数反转频率。通过使用L-TEM直接确定磁性手性Skyrmion气泡的磁化反转的势垒能，对这种动力学进行定量分析。
2020-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Current-induced nucleation and motion of zero field skyrmion
我们研究了在没有外加磁场的情况下，磁性薄膜中Skyrmions的稳定化和电操纵。我们表明，这需要增加的磁各向异性，控制的样品厚度，相比通常的skyrmionic样品，使均匀的状态对应于零场基态和skyrmions亚稳态激发。虽然skyrmion稳定在零场被证明在一个广泛的厚度范围内，电气控制似乎是更苛刻的，以避免skyrmion变形。在最薄的样品中，大的磁各向异性防止skyrmion变形，我们表明，它们可以通过电流脉冲逐渐成核，这强调了唯一可能的过渡发生在均匀和skyrmion状态之间。零磁场中的孤子skyrmions具有与场稳定的孤子skyrmions相同的性质，当被自旋轨道力矩激发时，具有长期稳定性和高迁移率。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Theory of magnetic field-stabilized compact skyrmions in thin film ferromagnets
本文建立薄膜铁磁体中紧致斯格明子的微磁学理论，通过渐近分析给出尺寸、转角及塌缩、爆裂能垒公式，并揭示低 DMI 下偶极作用与平行核心磁场共同稳定斯格明子的新机制。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Topological transition and emergent elasticity of dislocation in skyrmion lattice: Beyond Kittel's magnetic-polar analogy
Kyoto University（京都大学）；Central South University（中南大学）
研究揭示磁Skyrmion位错因显著伸长至原长180%而形成核心分裂结构，其长程应变场仍符合Volterra弹性理论，揭示磁与电域在集体拓扑准粒子 regime 中的本质差异。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Skyrmion State in Janus Monolayers of Chromium Trihalides Cr(I,X)3
磁性Skyrmions是纳米尺度的自旋结构，有望用于超密度存储器和逻辑器件。二维磁体的最新进展鼓励了在独立单层中实现skyrmionic态的想法。然而，单分子膜如CrI 3缺乏Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions），因此不会自然地表现出skyrmions，而是铁磁状态。在这里，我们提出了Cr（I，X）3 Janus单分子膜的制造，其中Cr原子共价键合到下面的I离子和顶层Br或Cl原子。通过进行第一性原理计算和蒙特卡罗模拟，我们确定了足够强的自旋，这不仅导致螺旋摆线相，而且还导致本征skyrmionic态在Cr（I，Br）3和磁场诱导skyrmions在Cr（I，Cl）3。
2019-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Densely packed skyrmions stabilized at zero magnetic field by indirect exchange coupling in multilayers
本文提出通过精细调节多层膜参数并利用与强垂直各向异性均匀偏置磁层的层间电子耦合，在室温零场下实现密度可调、直径小于60 nm的密排斯格明子相。
2022-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic-Driven Magnetic Skyrmion Motion
磁性Skyrmions在开发新型自旋电子器件方面具有巨大的潜力。电操纵skyrmions主要依赖于电流诱导的自旋轨道力矩。最近的一个理论模型表明，表面声波（SAW）可以更有效地操纵Skyrmions，SAW是一种弹性波，可以通过磁弹性效应与磁矩耦合。然而，由SAW驱动的skyrmions的定向运动仍然缺失。在这里，我们实验证明了由片上压电换能器传播SAW脉冲驱动的Ta/CoFeB/MgO/Ta多层膜中的Néel型skyrmions的运动。结果表明，具有纵向和剪切垂直位移的弹性波（Rayleigh波）能捕获Skyrmions，而剪切水平波能有效地驱动Skyrmions运动。特别是，沿SAW传播方向的纵向运动和由于拓扑电荷的横向运动，观察到并进一步证实了我们的微磁模拟。这项工作展示了一种基于声波操纵skyrmions的有前途的方法，这可能为超低功率自旋电子学提供新的机会。
2022-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Microscopy of Skyrmions in Magnetic Thin Films with Chiral Overlayers
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Helmholtz Institute Mainz（美因茨赫尔姆霍兹研究所）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Washington（华盛顿大学）
研究通过NV磁光谱成像磁性薄膜中的Skyrmions，揭示手性覆盖层对Skyrmion稳定性及相互作用的影响，发现磁性场极性依赖的Skyrmion特性调控。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Non-circular skyrmion and its anisotropic response in thin films of chiral magnets under tilted magnetic field
本文研究了倾斜磁场作用下手征磁体薄膜中Skyrmion的平衡和动力学性质。单个Skyrmion的形状是非圆形的，并且Skyrmion密度随着与膜法线的倾斜角而减小。因此，两个skyrmions之间的相互作用除了取决于它们之间的距离外，还取决于它们之间的相对角度。在垂直磁场下的三角形晶格的skyrmions扭曲成一个中心的矩形晶格的倾斜磁场。对于低skyrmion密度，skyrmion形成链状结构。非圆Skyrmions的动力学响应依赖于外部电流的方向。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion-electronics: Writing, deleting, reading and processing magnetic skyrmions toward spintronic applications
在过去的几十年里，磁skyrmions的领域已经在广泛的主题中进行了积极的研究。在这篇专题综述中，我们主要回顾和讨论了自2009年首次实验观测磁性skyrmion以来skyrmion研究的主要结果和发现。我们特别关注与基于磁skyrmion的自旋电子学应用直接相关的理论、计算和实验发现和进展，即它们在磁场、电流和热能驱动下的写入、删除、读取和处理。然后，我们回顾了几个潜在的应用，包括信息存储，逻辑计算门和非传统的设备，如神经形态计算设备。最后，我们讨论了未来可能的研究方向磁skyrmions，其中也涵盖了丰富的主题，其他拓扑结构，如反kyrmions和双分子在反铁磁体和挫折磁铁。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics of a magnetic skyrmionium driven by spin waves
磁性Skyrmionium是一种类似Skyrmion的结构，但净Skyrmion数为零，可以用作非易失性信息处理设备的构建块。在这里，我们研究了由传播自旋波驱动的磁性Skyrmionium的动力学。研究发现，自旋波可以有效地驱动Skyrmion运动，表现出微小的Skyrmion霍尔效应，其迁移率比相同条件下的Skyrmion要好得多。我们还表明，skyrmionium迁移率依赖于纳米轨道的宽度和阻尼系数，并可以通过外部的面外磁场控制。此外，我们还证明了自旋波驱动的Skyrmionium运动是惯性的。我们的研究结果表明，skyrmionium是一个很有前途的积木构建自旋波自旋电子器件。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion meets magnetic tunnel junction: an efficient way for electrical skyrmion detection investigated by ab initio theory
在我们的原理证明研究中，我们研究了Skyrmions对磁阻输运的影响。特别是，我们表明，磁性隧道结是一个技术上有吸引力的和有前途的方式，非共线磁结构的电检测。所计算的效果是源于不同的k-状态之间的散射，不能单独通过状态密度来识别。我们的研究结果表明，检测效率强烈依赖于所使用的材料。
2019-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of magnetic skyrmion clusters driven by spin-polarized current with a spatially varied polarization
磁性Skyrmions是未来信息技术的有希望的候选者。在这里，我们提出了一个孤立的skyrmion和skyrmion集群在铁磁纳米盘驱动的自旋极化电流与空间变化的极化微磁学研究。电流驱动的Skyrmion团簇可以是动态稳定的，也可以是静态的，这取决于空间变化的极化轮廓。对于动态稳态，skyrmion团簇在纳米盘中作圆周运动，而对于静态，skyrmion团簇是静态的。研究了Skyrmion作圆周运动的频率。此外，Skyrmion集团动力学的磁各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的依赖关系进行了研究。我们的研究结果可能为实现基于磁Skyrmion簇的器件提供一条途径。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Chaos in Magnetic-Field-Driven Skyrmions
本文探索了磁场驱动磁性skyrmions中的混沌现象，通过微磁模拟揭示了由次级回转模式与呼吸样模式耦合引起的非线性动力学和次摆线运动复杂模式，为提升器件可靠性和建立基于skyrmion动力学的混沌计算提供了指导。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci nlin.CD
Non-equillibrium ultrafast optical excitation as a stimulus for ultra-small field-free magnetic skyrmions in ferrimagnetic GdFeCo
本研究通过原子尺度自旋动力学模拟证明，飞秒激光加热可在非晶 GdFeCo 中于皮秒尺度产生无场超小磁性斯格明子，并揭示其稳定与调控机制。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage control of skyrmions: creation, annihilation and zero-magnetic field stablization
电压操控skyrmions是一条很有前途的低能量自旋电子器件的途径。在这里，在GdOx/Gd/Co/Pt异质结的skyrmions电压效应的实验观察。结果表明，在一定的磁场作用下，skyrmion态的开和关可以通过电场的作用而被增强和耗尽。此外，零磁场skyrmion状态可以在负偏置电压下使用定义的电压和磁场序列来稳定。这里测量的电压效应发生在几秒的时间尺度上，表明电压控制的磁各向异性的起源，而不是离子效应。通过研究skyrmion成核速率与温度的关系，我们提取了样品中skyrmion成核的能垒。此外，微磁学模拟被用来探讨改变各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用对skyrmion密度的影响。我们的工作演示了通过电压控制skyrmions，显示商业设备所需的功能。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Magnetic Interactions of the Centrosymmetric Skyrmion Material Gd2PdSi3
在中心对称材料中磁skyrmions的实验实现一直是由理论上理解的各向异性和挫折的微妙平衡如何在施加的磁场中稳定拓扑自旋结构。最近，中心对称材料Gd $_{2}$ PdSi $_{3}$被证明具有场诱导的skyrmion相，但skyrmion稳定机制仍不清楚。在这里，我们采用同位素富集的多晶Gd $_{2}$ PdSi $_{3}$样品的中子散射测量，以量化驱动skyrmion形成的相互作用。我们的分析揭示了空间延伸的相互作用，在三角形平面，是一致的RKKY机制，和大铁磁平面间的磁相互作用，调制的Pd/Si超结构。skyrmion相位出现在一个零场螺旋磁序与磁矩垂直的磁传播矢量，表明磁偶极相互作用起着重要的作用。我们的实验结果建立了一个相互作用空间，可以促进skyrmion形成，方便识别和设计的中心对称skyrmion材料。
2022-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic Skyrmionic Polarons
本文研究了二维电子气与经典磁性离子交换耦合系统。对于大的Rashba自旋轨道耦合，单个电子可以在磁性离子系统中自诱导的Skyrmion自旋织构中自陷。这种新的准粒子带有电和拓扑电荷以及大自旋，我们将其命名为磁skyrmionic极化子。我们研究了磁skyrmionic极化子为系统基态时的参数范围：温度、交换耦合、Rashba耦合和磁场。用集体坐标近似研究了这种准粒子的动力学，得到了在电场存在下，由于Skyrmion的手征性，这种新的准粒子表现出霍尔效应.最后，我们认为，磁skyrmionic极化子可以发现在大Rashba自旋轨道耦合半导体GeMnTe。
2017-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation of Skyrmions by Electric Field on Chiral-Lattice Magnetic Insulators
我们从理论上提出，利用非共线Skyrmion自旋和电极化的强度之间的耦合，通过电极尖端施加电场，可以在几纳秒内在手性晶格磁性绝缘体薄膜样品上电学产生磁性Skyrmion，即以量子化拓扑数为特征的纳米自旋涡旋.这一发现将为利用多铁性Skyrmions作为低能耗磁存储器件的信息载体而没有焦耳热能量损失铺平道路。
2015-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Control and manipulation of a magnetic skyrmionium in nanostructures
磁skyrmionium是一种非拓扑孤子，在薄膜中具有甜甜圈状的离面自旋织构，可以唯象地看作是两个拓扑数相反的拓扑磁skyrmionium的联合.由于其零拓扑数（$Q=0$）和甜甜圈状结构，Skyrmionium与具有$Q=\pm 1$的Skyrmion相比具有独特的特征。本文系统地研究了在磁场和自旋极化电流作用下，Skyrmionium在双磁性纳米结构中的产生、操纵和运动。研究发现，在面外电流的驱动下，Skyrmionium的运动速度比Skyrmion快，且二者的速度差与驱动力成正比。然而，skyrmion和skyrmion表现出相同的电流速度关系时，它们被驱动的面内电流。它也被发现，一个移动的skyrmionum是较少的变形在电流平面几何形状相比，skyrmionum在电流垂直于平面的几何形状。此外，我们证明了在自旋极化电流驱动下，一个带有$Q=0$的Skyrmionium在纳米轨道中转化为两个带有$Q=+1$的Skyrmion，这可以看作是Skyrmionium的解压缩过程。我们描述了Skyrmionium在解压缩过程中的能量和自旋结构的变化，发现自旋结构和能量之间存在线性关系，这些结果可能在Skyrmionics的新兴领域中具有技术意义。
2016-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Driving magnetic skyrmions with microwave fields
通过数值求解二维系统中经典自旋模型下的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，我们从理论上证明了磁skyrmion和skyrmion晶格都可以在微波磁场作用下运动.该机制通过打破skyrmion的轴对称性来实现，例如通过施加静态面内外场。Skyrmion的净速度取决于微波场的频率和振幅以及面内场的强度。发现最大速度的微波频率与skyrmions的呼吸模式的共振频率相一致。
2015-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-driven skyrmion motion through velocity equipartition between skyrmions and a domain wall
磁skyrmions，作为一个旋转的自旋结构与轴对称，不能被推动一个均匀的磁场。因此，已经报道的skyrmion运动是使用其他种类的刺激诱导的;通常，磁性金属中的电流以及自旋波、热梯度和场梯度都表现出它们驱动skyrmion运动的能力。在这里，我们证明，通过微磁模拟和分析，磁skyrmions可以通过一个均匀的垂直磁场通过畴壁（DW）调解人。对于固定的场强，skyrmion训练的速度以1 /（1 + Ns）的形式演化，其中Ns表示skyrmion的数量。基于Thiele的模型，我们再现了速度-Ns关系首次确定从数值结果，并揭示了skyrmion DW和skyrmion间的排斥提供了直接的驱动力skyrmion运动。这项研究强调了自旋织构的相互作用在skyrmion动力学中的作用，并为skyrmion操纵开辟了一条新的途径，特别是与绝缘磁体相关的。考虑到磁和电之间的对应关系，我们预计该方案也适用于铁电体中的极性skyrmion。
2022-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin structure relation to phase contrast imaging of isolated magnetic Bloch and Neel skyrmions
磁Skyrmions是未来的存储设备与大的数据密度有前途的候选人。已经发现了各种各样的材料，其宿主skyrmions高达室温范围。洛仑兹显微镜通常在透射电子显微镜（TEM）中进行，是表征真实空间中Skyrmion样品的最重要工具之一。使用数值计算，这项工作涉及的TEM中的相位衬度的实际磁化曲线的一个孤立的尼尔或布洛赫skyrmion，两个最常见的skyrmion类型。在所使用的skyrmion模型的框架内，结果是独立的skyrmion的大小和壁的宽度和规模与样品的厚度为纯磁性标本。简单的规则，提供了提取的实际Skyrmion配置纯布洛赫或尼尔skyrmion，而不需要模拟。此外，第一微分相衬（DPC）的测量尼尔skyrmions，满足实验预期，并展示所描述的原则。这项工作是相关的材料科学，它使工程的skyrmion配置文件通过方便的表征。
2020-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectrics Manipulate Magnetic Bloch Skyrmions in a Composite Bilayer
理论研究表明，复合双层（即，手性磁性/铁电双层）提供了电诱导磁性Skyrmions的可能性[Phys. Rev. \textbf{94}，014311（2016）]。在这篇文章中，我们提出了一个微磁模型，物理操纵的手征磁性薄膜与极化的铁电驱动系统通过逆磁电效应必不可少的磁性布洛赫Skyrmions传播。不同的传播速度、薄膜尺寸和磁电耦合强度所引起的效应强烈地影响着磁Skyrmions的质量和数量。
2016-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of hedgehog skyrmions in sub-100 nm soft magnetic nanodots
磁skyrmions是一种纳米自旋织构，由于其非平凡的拓扑结构所具有的独特功能，在自旋电子学应用中具有突出的潜力。在非质心对称材料或界面自旋轨道耦合较强的Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya exchange interaction，Dzyaloshinskii-Moriya）薄膜中，具有确定手征的Skyrmions是稳定的。在这项工作中，我们报告在室温下，既不垂直也不垂直磁各向异性的封闭系统中的磁刺猬skyrmions的检测。我们表明，软磁（坡莫合金）纳米点能够主机的非手性刺猬skyrmions，可以进一步稳定的磁场所产生的磁力显微镜探针。分析计算和微磁学模拟证实了在一定尺寸范围内，即使没有外部刺激，坡莫合金纳米点中也存在亚稳态Néel skyrmion。我们的工作意味着存在一个新的自由度来创建和操纵软纳米点中的skyrmions。软磁材料中skyrmion的稳定化为研究skyrmion的磁化动力学提供了可能性，否则由于高磁各向异性材料中高自旋轨道耦合的大阻尼常数而受到限制。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controllable transport of a skyrmion in a ferromagnetic narrow channel with voltage-controlled magnetic anisotropy
磁Skyrmions在下一代超低能耗自旋电子学器件中具有潜在的应用。在这项工作中，电流驱动的skyrmion运动在一个窄的铁磁纳米轨道电压控制的磁各向异性（VCMA）的数值研究。通过利用VCMA效应，skyrmion的传输可以在纳米轨道中是单向的，导致单向信息通道。Skyrmion的轨迹也可以通过周期性定位的VCMA门来调制，该VCMA门保护Skyrmion不因接触轨道边缘而被破坏。此外，在VCMA效应存在的情况下，通过调节驱动脉冲长度可以控制Skyrmion的位置。我们的结果为基于skyrmion的信息通道、二极管和赛道存储器的实际实现提供了指导方针。
2017-09-12 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
Temperature and magnetic field dependence of the internal and lattice structures of skyrmions by off-axis electron holography
用离轴电子全息术研究了B20型FeGe中磁skyrmion的内部结构和晶格结构。分析了单个Skyrmions的磁矩随温度、磁场和角度的变化关系。而内部skyrmion形状被发现随磁场，skyrmion间的距离几乎保持不变的晶格相。局部磁矩的振幅被发现依赖于温度，而skyrmion形状不。从一个圆形的六角skyrmion结构的偏离观察到的晶格相。
2016-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Configurational entropy of magnetic skyrmions as an ideal gas
拓扑缺陷的热力学研究是理解其物理基础的一个重要挑战。其中，磁skyrmions的物理性质和潜在的应用在存储和神经形态计算的主导作用。本文导出了磁性Skyrmion的热力学统计。结果表明，skyrmion自由能可以通过一个抛物线函数和直径统计服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布。这允许在skyrmion直径统计分布的行为和稀释气体Maxwell-Boltzmann分子分布在热力学平衡之间进行类比。skyrmion组态熵的计算，由于热诱导的大小和形状的skyrmion的变化，是必不可少的skyrmion能量在其平均值附近的热涨落的测定。这些结果可用于推进skyrmionics领域。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Generation and Guided Motion of Magnetic Skyrmions by Focused He$^+$-Ion Irradiation
磁skyrmions是具有非平凡拓扑结构的准粒子，被设想在下一代数据技术中发挥关键作用，同时由于其新兴的拓扑电荷而吸引了基础研究兴趣。在手性磁性多层膜中，电流产生的自旋轨道力矩或超快激光激发可以用来在皮秒时间尺度上使孤立的Skyrmion成核。然而，这两种方法都产生随机排列的skyrmions，这固有地限制了skyrmions成核位置的精度。在这里，我们表明，纳米图案的各向异性景观与他$^+$ -离子束创建定义良好的skyrmion成核网站，从而将skyrmion本地化到一个确定性的过程。这种方法可以实现控制单个skyrmion成核以及引导skyrmion运动与纳米级的精度，这是关键的skyrmion动力学和应用的未来基础研究。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometric symmetry and size-dependent skyrmion phase transitions in magnetic nanostructures
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）；College of Physics and Information Engineering, Shanxi Normal University（山西师范大学物理与信息工程学院）
研究磁性纳米结构中几何对称性、尺寸和外部磁场对单个Skyrmion态调控的相互作用，通过分析纳米圆盘、纳米正方形和纳米矩形，发现纳米圆盘的旋转对称性在直径增加时促进丰富的拓扑相变，从铁磁态到Skyrmion、Skyrmionium和多态，而正方形和矩形结构由于角落引起的去磁效应和对称性降低导致拓扑复杂性受抑制。在垂直磁场下，纳米圆盘在Skyrmionium和Skyrmion态之间发生场驱动相变，利用不对称性，正方形和矩形纳米结构在更宽的参数范围内稳定Skyrmion，这些发现突显了几何对称性作为设计参数，用于在自旋电子学应用中调控Skyrmion的稳定性和功能，如多态存储和可重构逻辑器件。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of interlayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction on the shape and dynamics of magnetic twin-skyrmions
University of Hamburg（汉堡大学）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
层间Dzyaloshinskii-Moriya相互作用影响磁双扭丝状体的形状和动力学，通过改变自旋构型和螺旋性实现对涡旋速度和Hall角的调控。
2026-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detailed dynamics of a moving magnetic skyrmion lattice in MnSi observed using a small-angle neutron scattering under an alternating electric current flow
本研究利用小角中子散射详细观察了交流电下MnSi中移动磁斯格明子晶格的动力学，发现低频下晶格发生塑性形变导致反射斑旋转和展宽，而高于阈值频率时振荡消除位错使斑点变锐利，揭示了交流频率对位错密度的控制作用。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Amorphous Ferrimagnets: an Ideal Host for Ultra-Small Skyrmions at Room Temperature
近年来，磁性skyrmion已成为磁性材料研究中的一个活跃的基础研究和应用课题。磁skyrmions是具有拓扑保护的涡旋状自旋激发，因此与磁畴壁相比对钉扎更鲁棒。我们采用原子模拟，以创造室温超小尼尔skyrmions在非晶亚铁磁体。超小亚铁磁skyrmion的快速传播和低耗散动力学使它们成为基于自旋的存储器和逻辑器件中畴壁的替代品。
2019-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of magnetic skyrmions in a locally modified synthetic antiferromagnetic racetrack
在基于Skyrmion的赛道存储器中，由Skyrmion编码的信息可能由于Skyrmion霍尔效应而被破坏，这可以通过使用合成反铁磁赛道来克服。因此，在人工合成的反铁磁轨道中操纵skyrmions具有重要的实际应用价值。在这里，我们计算研究一对skyrmions和一个局部修改的区域之间的相互作用在一个合成的反铁磁赛道，其中的垂直磁各向异性或厚度被局部调整为不同于赛道的其余区域。研究发现，Skyrmions可以被吸引，排斥，甚至被捕获的局部改性区域在一个可控的方式。此外，我们证明了skyrmion的位置可以精确地确定的局部修改的区域。利用人工合成的反铁磁赛道中的局部改性区域对skyrmion进行可能的操纵可能对未来基于skyrmion的应用有用。
2019-03-07 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
Micromagnetics of anti-skyrmions in ultrathin films
我们提出了一个相结合的分析和数值微磁学研究的平衡能量，大小和形状的反skyrmionic磁配置。当Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在两个正交的平面内方向上具有相反的符号时，反skyrmions可以稳定，从而打破磁性圆对称性。我们比较了在各向异性和各向同性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用下，当磁相互作用强度相同时，反Skyrmion和稳定的Skyrmion的平衡能量、大小和形状.当忽略偶极相互作用时，Skyrmion和反Skyrmion在各自的环境中具有相同的能量、形状和大小.然而，当考虑偶极相互作用时，反skyrmion的能量大大降低，其平衡尺寸相对于skyrmion增加。虽然skyrmion组态显示同手性Néel磁化旋转，但反skyrmion显示部分Néel和部分Bloch旋转。后者不产生磁荷，因此消耗较少的偶极能量。当磁能几乎相互抵消时，这两种磁结构都是稳定的，这意味着一个参数的微小变化可以急剧改变它们的结构，尺寸和能量。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Magnetic Skyrmion Bundles and Their Current-Driven Dynamics
拓扑电荷的量子化决定了各种拓扑自旋纹理，预计将在未来的自旋电子器件中发挥关键作用。虽然具有单位拓扑荷Q的磁skyrmion已经被广泛研究，但具有其他整数值的自旋织构迄今尚未得到很好的验证。在这里，我们报告的真实空间的图像，创建和操纵的一种类型的多Q三维skyrmion纹理，其中一个圆形的自旋螺旋关系一束skyrmion管。我们将这些对象定义为skyrmion束，并在我们的实验中显示它们具有从负到至少55的任意整数值Q。这些纹理表现为准粒子的动力学集体运动的电脉冲驱动。与Skyrmion类似，非零Q的Skyrmion束也表现出Skyrmion霍尔效应，霍尔角为62度。特别令人感兴趣的是，具有Q = 0的skyrmion束在没有skyrmion霍尔效应的情况下相对于电流共线地传播。我们的研究结果为多Q磁性物体在未来自旋电子器件中的可能应用开辟了新的视角。
2021-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
