Steering of the Skyrmion Hall Angle By Gate Voltage
磁skyrmion可以通过施加自旋极化电子流来驱动，该自旋极化电子流对构成skyrmion的局部自旋施加自旋转移力矩。然而，纵向动力学的困扰由skyrmion霍尔效应，导致skyrmion获得横向速度分量。我们展示了如何使用自旋-轨道相互作用来控制Skyrmion霍尔角，以及自旋转移和自旋-轨道力矩的相互作用如何导致横向运动的完全抑制。由于自旋-轨道转矩可以通过栅极电压全电子地控制，因此可以在宽跑道上以高速全电子地操纵skyrmion运动，并且可以实现概念上新的写入和选通操作。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall
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
Magnetic skyrmion spectrum under voltage excitation and its linear modulation
磁skyrmion是一种拓扑准粒子，由于其纳米尺度、高稳定性和大速度，在未来的信息存储和处理器件中具有巨大的应用潜力。最近，Skyrmions的高频特性已被探索用于磁振子纳米器件。本文利用圆形薄膜中的压控磁各向异性效应，系统地研究了孤立Skyrmion在电压激励下的动力学行为。本文提出了一个考虑退磁化能的理论模型，该模型在以往的Skyrmion研究中常常被忽略或表面化处理，但在确定Skyrmion动力学状态时却被证明具有重要意义。与我们的模型，周期性振荡的skyrmion半径可以解决数值与类似的精度相比，micromagnetic模拟，和skyrmion呼吸的特征频率，可以确定更高的精度比以前的研究分析。此外，我们发现，呼吸skyrmion可以类比为调制器，通过调查其线性调制功能下的正弦形式的电压激励。与传统的调制系统采用复杂的CMOS电路不同，该Skyrmion调制器器件集调制和载波产生功能于一体，在应用中显示出更大的方便性和效率。我们的研究结果可以提供有益的指导，无论是理论和实验skyrmion的研究，以及基于skyrmion的磁振子器件的发展具有显着的潜在应用在未来的通信系统。
2019-07-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultra-sensitive voltage-controlled skyrmion-based spintronic diode
本文提出一种基于单个斯格明子的无源自旋电子二极管，利用VCMA和VDMI驱动，灵敏度超过10 kV/W，比均匀铁磁态二极管高一个数量级，并证明小半径斯格明子可进一步提升灵敏度，为超灵敏低功耗微波探测器设计奠定基础。
2023-05-25 cond-mat.mes-hall
Voltage-Controlled Skyrmionic Interconnect with Multiple Magnetic Information Carriers
自从在室温下在技术相关的系统中观察到磁性Skyrmion以来，它们一直是人们关注的焦点。最近，人们对可以作为磁体中的稳定/亚稳自旋织构存在的附加准粒子（诸如skyrmionium和反skyrmionite（即，双反斯凯尔米恩-斯凯尔米恩对），它们具有不同的拓扑特征。与此同时，下一个挑战和机遇是研究在下一代纳米计算的单个设备中使用多个磁性准粒子作为信息载体。在本文中，我们提出了一种自旋电子互连器件，其中多个序列的信息信号的编码和传输同时由skyrmions，skyrmioniums，和反skyrmionites。所提出的自旋电子互连器件可以通过作为中间寄存器的压控磁各向异性（VCMA）门控同步器进行流水线化。我们从理论上证明，互连吞吐量和传输能量可以有效地调整的VCMA栅极电压和适当的电流脉冲。通过仔细调整器件结构特性，我们的自旋电子互连器件具有与主流CMOS技术中的铜互连相当的能效。这项研究提供了新的见解skyrmionic设备在未来的自旋电子应用的可能性。
2023-02-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Creation of nano-skyrmion lattice in Fe/Ir(111) system using voltage pulse
本研究利用自旋极化扫描隧道显微镜发现，在Fe/Ir(111)体系中施加电压脉冲可触发非斯格明子向纳米斯格明子相变，证明外部电场能调控磁性相互作用平衡，为设计低能耗斯格明子自旋电子器件提供了依据。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Solid-state lithium-ion supercapacitor for voltage control of skyrmions
本文提出一种基于LiPON的固态离子超级电容器，通过锂离子在磁性界面的积累与耗尽，实现对斯格明子态的电压控制，具有快速成核和高循环稳定性。
2023-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Voltage controlled core reversal of fixed magnetic skyrmions without a magnetic field
使用微磁学模拟，我们证明了核心反转的一个固定的磁skyrmion调制的垂直磁各向异性的纳米磁体与电场。通过垂直磁各向异性的顺序增加和减少，我们可以在两个Skyrmion态和两个铁磁态之间可逆地切换，即具有指向下/上的核心磁化和指向上/下的外围磁化的Skyrmion态和具有指向上/下的磁化的铁磁态。这些状态之间的切换被解释为对应于这些稳定状态中的每一个的自旋织构最小化磁各向异性、退磁、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）和交换能的总和的事实。这可能导致在不使用磁场并且不使用电流移动skyrmions的情况下利用固定skyrmions实现的节能纳米磁性存储器和逻辑器件的可能性。
2016-03-02 cond-mat.mes-hall
Skyrmion mediated voltage controlled switching of ferromagnets for reliable and energy efficient 2-terminal memory
我们提出了一种两端纳米磁性存储元件的基础上采用单极电压脉冲，修改系统的垂直各向异性的垂直磁化纳米磁体的磁化反转。我们的工作表明，存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction，Dzyaloshinski-Moriya Interaction）可以创建磁化反转的替代路线，从而避免了需要利用旋进磁化动力学以及偏置磁场，这些都是在传统的基于电压控制的磁各向异性（VCMA）的垂直磁化切换中采用的。我们与广泛的微磁模拟，在热噪声的存在下，所提出的skyrmion介导的VCMA开关机制是强大的，在室温下，导致极低的错误切换，同时也可能是1-2个数量级的能源效率比最先进的自旋转移矩（STT）为基础的开关。
2017-07-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Energy efficient and fast reversal of a fixed skyrmions with spin current assisted by voltage controlled magnetic anisotropy
最近的工作[1，2]表明，具有自旋转移矩（STT）的铁磁反转在存在磁致伸缩的情况下需要比切换相同尺寸和垂直磁各向异性（PMA）的典型铁磁体更多的电流。然而，benefit促进稳定的skyrmion和我们报告说，当垂直各向异性调制（减少）的skyrmion和铁磁体，它需要更小的电流来扭转固定的skyrmion比扭转铁磁体在同一时间，或skyrmion扭转速度比铁磁体在类似的电流水平。我们表明，严格的微磁模拟和能量画像的skyrmion切换进行沿不同的路径在非常低的PMA，这导致在所需的自旋电流或反转所需的时间显着减少。这可以具有存储器应用的潜力，其中标准STT-RAM的相对简单的修改以包括与软磁层相邻的重金属并且具有隧道势垒的适当设计可以导致基于固定skyrmions的反转的能量高效和快速磁存储器器件。
2017-06-19 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
DC spinmotive force from microwave-active resonant dynamics of skyrmion crystal under a tilted magnetic field
我们从理论上证明，在倾斜磁场下激发限制在准二维磁体中的skyrmion晶体的微波激活自旋波模式，可以产生具有大直流分量的时间振荡自旋驱动电动势或电压。当微波频率调谐到Skyrmion晶体的称为“旋转模式”和"呼吸模式”的特殊自旋波模式的本征频率时，振荡电压的DC分量和AC幅度显著增强，而DC分量的符号取决于微波极化和自旋波模式。这些结果提供了一种有效的手段，通过使用skyrmion托管磁体将微波转换为直流电压，并通过调谐微波频率来切换电压的符号，这是自旋电子器件的重要功能。
2019-07-01 cond-mat.mes-hall
Klein tunneling of the electronic states in the gate voltage modulated skyrmion crystal
School of Physics and Optoelectronics, South China University of Technology（华南理工大学物理与光电学院）
研究展示了Skyrmion晶体中电子态的Klein隧穿现象，通过格林函数技术计算了电子穿过静电势垒的传输概率，揭示了其与石墨烯相似的拓扑性质。
2021-05-16 cond-mat.mes-hall
Gate-controlled skyrmion and domain wall chirality
磁skyrmion是本地化的手征自旋纹理，它提供了很大的希望，存储和处理信息在纳米尺度。在不对称交换相互作用的存在下，它们的手性，这决定了它们的动力学，通常被认为是在样品沉积过程中的内在参数集。在这项工作中，我们实验证明，栅极电压可以控制这个关键参数。我们探测的手征的skyrmions和手征畴壁通过观察其电流诱导运动的方向，并表明，栅极电压可以扭转it. This本地和动力学反转的手征是由于一个符号反转的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，我们归因于在栅极电压下的氧离子迁移。微磁学模拟表明，手性反转是一个连续的变换，其中skyrmion是守恒的。这种利用2 - 3 V栅极电压对手性的控制可用于基于skyrmion的逻辑器件，产生新的功能。
2022-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Skyrmion-Based Logic Gates Controlled by Electric Currents and Fields
反铁磁体具有零杂散磁场、抗外磁场和超快动力学等独特的性质，是自旋电子学应用的重要材料，近年来引起了人们的广泛兴趣。在这项工作中，我们研究了孤立的skyrmions在反铁磁纳米轨道与电压门控区域的动力学。结果表明，驱动电流和压控磁各向异性梯度可以共同控制Skyrmion。我们进一步提出了一种基于反铁磁skyrmion操作的逻辑计算门的设计，该设计结合了几种相互作用和现象，包括自旋霍尔效应，压控磁各向异性效应，skyrmion-skyrmion相互作用和skyrmion-edge相互作用。所提出的逻辑门可以执行逻辑AND、OR、NOT、NAND和NOR门的基本布尔运算。我们的研究结果可能会对基础物理产生重大影响，并有助于设计未来的非易失性逻辑计算设备具有超低能耗和超高存储密度。
2021-07-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
RC circuit based on magnetic skyrmions
本研究证明磁性斯格明子可模拟RC电路，其运动方程与RC电路微分方程等效，并通过微磁模拟验证了指数充放电及低通滤波特性，进而可作为人工LIF神经元。
2024-11-20 cond-mat.mes-hall
Dynamic Skyrmion-Mediated Switching of Perpendicular MTJs: Scaling to 20 nm with Thermal Noise
在受限几何中产生和湮灭skyrmions的一种方法是使用电压控制磁各向异性（VCMA）[1，2，3]。先前的研究表明，在存在室温热噪声和晶粒间各向异性变化的情况下，可以通过创建并随后消除中间skyrmion态[4]来实现垂直磁性隧道结（p-MTJ）的软层中从上到下状态的鲁棒电压控制铁磁反转[4]。然而，当缩放到20 nm时，热噪声可以消除skyrmions，例如，通过随机地将核心移向纳米结构的边界。在这项工作中，我们研究了三个不同尺寸的p-MTJ，特别是横向尺寸为100 nm，50 nm和20 nm，并研究了开关行为的变化，随着尺寸的减小。特别是，我们的重点是调查在何种程度上skyrmion介导的开关方案可以采用低于50 nm的横向尺寸在热扰动的存在下。
2020-03-28 cond-mat.mes-hall
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
Resonate and Fire Neuron with Fixed Magnetic Skyrmions
在大脑中，许多神经元的膜电位以阈下阻尼方式振荡，并且当被几乎等于其本征频率的输入频率激发时激发。在这项工作中，我们从理论上研究人工实现这种“共振和火灾”神经元利用固定的磁性skyrmion的磁性隧道结（MTJ）的自由层中的磁化动力学。为了实现发射的这种纳米磁性实现的人工神经元，我们建议采用电压控制的磁各向异性或电压产生的应变作为输入（尖峰或正弦）信号，调制的垂直磁各向异性（PMA）。这导致了模仿阈下振荡的Skyrmion核心的持续膨胀和收缩（即呼吸）。具有接近呼吸周期的间隔的任何后续输入脉冲或接近本征频率的正弦输入以共振方式驱动固定skyrmion的磁化动力学。由于skyrmion芯的这种谐振振荡而引起的MTJ层的时变电阻被用于驱动互补金属氧化物半导体（CMOS）缓冲电路，该缓冲电路产生尖峰输出。通过严格的微磁模拟，我们研究了不同的兴奋性和抑制性输入脉冲的棘间时序依赖性和响应。最后，我们表明，这种共振和火灾神经元有潜在的应用在耦合纳米磁振荡器为基础的联想记忆阵列。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
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
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
Skyrmion based microwave detectors and harvesting
磁skyrmions是拓扑保护的状态，是非常有前途的下一代超低功耗电子器件的设计。在这封信中，我们提出了一种基于磁隧道结的自旋转移力矩二极管与磁skyrmion作为基态和垂直偏振器图案化的纳米接触的局部注入电流。关键的结果是实现灵敏度（即检测电压超过输入微波功率）大于2000 V/W的优化接触直径的可能性。我们的结果对于识别一类新的非均匀基态自旋矩二极管是非常有用的。
2015-09-24 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric effect of skyrmion crystal confined in a magnetic disk
本文从理论上提出磁盘中受限旋转斯格明子晶体在温度梯度下可产生径向自旋动势，从而实现热到电的转换，为自旋电子学热电器件提供新思路。
2023-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Josephson Junction Field-effect Transistors for Boolean Logic Cryogenic Applications
约瑟夫森结场效应晶体管（JJ-FET）与金属氧化物半导体场效应晶体管共享设计相似性，除了源极/漏极接触由超导体代替。类似地，由于邻近效应而产生的超电流可以通过栅极电压来调节。在这项研究中，我们研究的可行性JJ-FET为基础的布尔逻辑和存储元件的低温计算，在新材料和制造技术的最新进展。使用二维弹道输运JJ-FET模型，我们实现了JJ-FET逻辑门的电路级模拟，并讨论了实现信号恢复的标准，以及扇出。我们表明，结型场效应晶体管是一个很有前途的候选人非常低功耗，时钟电压电平动态逻辑在低温温度。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Self focusing Hybrid Skyrmions in spatially varying canted ferromagnetic systems
磁性Skyrmions是磁性薄膜中的准粒子配置，可以作为超小型全电子非易失性存储器的信息承载位。Skyrmions可以成核，并由重金属底层驱动的电流的自旋轨道扭矩驱动。沿着旋光路径，马格努斯力可以导致一个skyrmion在边界处湮灭。通过结合界面和体Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（DMI），例如通过在具有高自旋轨道耦合的重金属层顶部使用B20材料，可以设计出一种混合skyrmion，它将以零马格纳斯力平行于赛道行进。我们发现，通过使用一个空间变化的界面上，一个混合skyrmion将自动自聚焦到这样的轨道，其畴角沿路径演变。此外，使用一个栅极驱动的电压控制的磁各向异性，我们可以控制混合skyrmion的轨迹和它的最终收敛路径和车道选择在一个赛道几何。
2021-01-09 cond-mat.mes-hall
Current-linear emergent induction of pinned skyrmion textures in an oxide bilayer
本文在SrRuO3/SrIrO3氧化物双层中首次观测到由钉扎磁性斯格明子电流驱动动力学产生的电流线性纵向和横向涌现电磁感应，其中横向EEMI为首次报道，斯格明子运动与电流夹角为80度。
2025-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Skyrmion on magnetic tunnel junction: weaving quantum transport with micro-magnetism
本研究基于非平衡格林函数描述磁隧道结上的斯格明子，预测了纹理自旋电流与不对称自旋力矩，揭示了尺寸缩放对TMR及电流的影响，并提出高效的耦合空间-本征NEGF计算框架。
2025-04-03 cond-mat.mes-hall
Generation and Hall effect of skyrmions enabled via using nonmagnetic point contacts
为了实现基于skyrmion的自旋电子器件的功能，skyrmion的可控产生和操纵是必不可少的。虽然已经证明了通过使用磁几何收缩来产生skyrmions，但这种方法很难与随后的skyrmions控制操作相结合。从磁收缩产生skyrmion的高效率限制了有用的电流密度，导致随机skyrmion运动，这可能会掩盖拓扑现象，如skyrmion霍尔效应。为了解决这个问题，我们设计了一种在Ta/CoFeB/TaOx三层薄膜器件中的导电Ti/Au点接触。通过施加高压脉冲，我们实验证明了skyrmions可以动态产生。此外，在相同的器件中还观察到了自旋拓扑相关的Skyrmion动力学，即Skyrmion霍尔效应。通过微磁模拟，其中的重要作用的skyrmion-antiskyrmion对一代已被确定的数字再现的创建过程。在考虑了空间非均匀自旋轨道力矩和马格努斯力的贡献后，使用修改后的Thiele方程描述了Skyrmions的运动和霍尔效应。同时产生和操纵的skyrmion使用的一个点接触可以提供一个有用的途径，设计新的skyrmion为基础的设备。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall
Dynamics of the antiferromagnetic skyrmion induced by a magnetic anisotropy gradient
反铁磁体动力学是当前凝聚态物理和自旋电子学研究的热点。然而，绝缘反铁磁体的动力学不能被电流激发，电流是通常用于操纵铁磁金属的方法。在这里，我们建议使用电压控制的磁各向异性梯度作为激励源来操纵绝缘反铁磁纹理。我们用解析和数值方法研究了由磁各向异性梯度驱动的反铁磁Skyrmion的动力学。我们的分析计算表明，这样的磁各向异性梯度可以有效地驱动反铁磁skyrmion向低磁各向异性的区域。微磁学模拟结果与我们的解析解吻合得很好。此外，还比较了反铁磁Skyrmion和铁磁Skyrmion的磁各向异性梯度感应速度。我们的结果有助于理解反铁磁skyrmion动力学，并可能为反铁磁自旋电子器件的设计开辟一条新的途径。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-harmonic response as a tool to detect spin textures in magnetic nodal-line semimetal Fe$_3$GeTe$_2$
实验研究了磁性半金属Fe $_3$ GeTe $_2$对交流电流的二次谐波横向电压响应。对于零磁场，观察到的响应取决于纵向电流的平方，因为它应该是预期的非线性霍尔效应。的磁场行为被发现是复杂的：而第一谐波响应显示已知的异常霍尔滞后FGT，二次谐波霍尔电压的特点是明显的高场滞后和平坦的（$B$ -独立）区域与曲线接触在低场。高场磁滞强烈地依赖于磁场扫描速率，因此它反映了一些缓慢的弛豫过程。对于最低比率，也通过多个过境点完成。在非线性光学中，Skyrmion自旋织构的二次谐波滞后的类似形状是已知的。由于skyrmion已经证明了FGT的直接可视化技术，我们可以连接所观察到的高场弛豫与skyrmion晶格的变形。因此，二次谐波霍尔电压响应可以被看作是一种工具来检测自旋织构的输运实验。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall
SU(4) Skyrmions and Activation Energy Anomaly in Bilayer Quantum Hall Systems
双层QH系统在最低朗道能级中具有四个能级，对应于层和自旋自由度。我们调查的制度，所有四个级别几乎退化，同样活跃的系统。基本的群结构是SU（4）。在$ν=1$，QH态是两层之间的电荷可转移态，SU（4）同位旋相干自发发展。准粒子是与SU（4）skyrmions相同的同位旋结构。Skyrmion能量由库仑能量、塞曼能量和赝塞曼能量组成。库仑能由自能、电容能和交换能组成。在平衡点，只有赝自旋被激发，除非隧道能隙太大。然后，通过控制偏置电压，系统从平衡点向单层点转变，SU（4）skyrmion从赝自旋skyrmion极限不断演化到自旋skyrmion极限.我们的理论结果很好地解释了Murphy等人和Sawada等人关于平行磁场引起的激活能异常的实验数据。
2004-06-11 cond-mat.mes-hall hep-th
Controlling the Skyrmion Density and Size for Quantized Convolutional Neural Networks
Skyrmion设备显示出高能效和高集成度的数据存储和计算能力。本文介绍了Ta/IrMn/CoFeB/MgO薄膜系统中磁skyrmion的产生和稳定性的实验和微磁学研究结果。我们调查的Skyrmion密度和尺寸的磁场依赖性，使用极性磁光克尔效应MOKE显微镜支持的微磁学研究。研究了在磁场作用下拓扑荷随时间的演化规律，解释了其变化动力学。此外，考虑到这些skyrmion设备的电压控制，我们评估的Dzyaloshinskii Moriya相互作用和磁各向异性的skyrmion的大小和密度的依赖。此外，我们提出了一种基于skyrmion的突触装置的基础上的MOKE和微磁调查的结果。我们在器件中展示了自旋-轨道矩控制的高线性度和均匀性的离散拓扑电阻态。拓扑电阻的离散性使其成为量化神经网络（QNN）中权值量化的硬件实现的良好候选者。神经网络在CIFAR10数据集上进行了训练和测试，其中设备作为突触，实现了87%的识别准确率，这与理想的基于软件的方法的结果相当。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Skyrmion based energy efficient straintronic physical reservoir computing
提出基于斯格明子非线性呼吸动力学的物理储备池计算方法，通过模拟证明其能以100%准确率分类波形，并揭示物理相互作用对计算能力的影响。
2022-04-14 cond-mat.mes-hall
Encoding and multiplexing information signals in magnetic multilayers with fractional skyrmion tubes
本研究在定制磁性多层膜中提出并验证了分数斯格明子管（FSTs）作为信息位，设计出多层复用器件实现多路信号的编码与流水线传输，为未来自旋电子应用提供了新的信息载体。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall
Temporal Memory with Magnetic Racetracks
竞争逻辑是一种相对定时代码，其表示一组导线上的数字边缘的波前中的信息，以便加速动态编程和机器学习算法。Skyrmions，气泡和畴壁是移动磁配置（孤子）与布尔数据存储的应用程序。我们建议使用这些孤子的电流感应位移的磁赛道作为本机的时间存储器的种族逻辑计算。本地同步的赛道可以在空间上存储数字边缘的相对定时，并提供非破坏性的读出。skyrmion运动的线性运动学，所提出的设备的可调谐性和低电压异步操作，以及消除任何需要恒定skyrmion成核，使这些磁赛道的自然记忆低功耗，高吞吐量的种族逻辑应用。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
Magnetization Dynamics, Bennett Clocking and Associated Energy Dissipation in Multiferroic Logic
最近已经表明，多铁性逻辑-其中逻辑位在弹性耦合到压电层的纳米级磁致伸缩层的磁化方向上编码-可以用施加到压电层的几十mV的小静电势进行Bennett计时。电势在磁致伸缩层中产生应力，并将其磁化旋转大角度以进行贝内特计时。这种计时方法比使用自旋转移力矩更节能。为了评估这样的时钟方案也可以合理快速，我们已经研究了最近邻偶极耦合的多铁性逻辑阵列的磁化动力学的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程。我们发现，开关延迟约3 ns（0.33 GHz的时钟速率），可以实现与适当的设计，只要我们时钟非同步和耗散约48,000 kT（在室温下）的能量，每个时钟周期每个位翻转的时钟电路。这种耗散远远超过了分离两个逻辑状态的能量势垒，我们假设该能量势垒为32 kT，以产生误码概率。如果我们使用自旋转移矩以相同的~ 3 ns延迟进行切换，则能量耗散将大得多（~ $6 \times 106$ kT）。这表明，自旋转移力矩，广泛用于磁性随机存取存储器，是一种低效的方式来切换一个磁铁，和多铁性逻辑时钟与电压感应应力是一个优越的纳米磁性逻辑方案。
2011-05-31 cond-mat.mes-hall
Coexistence of surface and bulk ferromagnetism mimics skyrmion Hall effect in a topological insulator
本文报道了磁掺杂拓扑绝缘体（V，Bi，Sb）2Te 3中的反常霍尔效应。我们发现它包含两个符号相反的贡献。这两个组件被发现依赖于不同的载流子密度，导致总的异常霍尔效应作为施加的栅极电压的函数的符号反转。这两个贡献被发现有不同的磁化反转场，这与温度相关的研究指向共存的两个铁磁订单的系统中。此外，我们发现系统的总反常霍尔响应的符号依赖于磁性层的厚度和磁性掺杂浓度。厚度依赖性表明两种铁磁成分源自磁性拓扑绝缘体膜的表面和本体。我们相信，我们的观察提供了对磁性行为的洞察，从而将有助于最终理解这种材料的磁性起源。此外，我们的数据与通常与skyrmion贡献相关的异常霍尔信号有着惊人的相似之处。我们的分析提供了一个简单的解释的磁场依赖性的霍尔信号和观察到的变化，而不需要调用skyrmion，从而表明，需要谨慎时，从skyrmion阶段的影响索赔。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall
Simulating Pattern Recognition Using Non-volatile Synapses: MRAM, Ferroelectrics and Magnetic Skyrmions
该研究构建仿真环境，系统比较MRAM、铁电FET和斯格明子纳米轨道等非易失性自旋电子突触在图像与声音分类神经网络中的性能，以支撑低功耗神经形态硬件设计。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Binary information propagation in circular magnetic nanodot arrays using strain induced magnetic anisotropy
纳米磁逻辑已经成为传统CMOS逻辑的潜在替代品，因为它具有优越的能效。纳米磁性逻辑的一种实现方式采用形状各向异性（例如，椭圆形）铁磁体（具有两个稳定的磁化取向）作为依赖于偶极-偶极相互作用来传送二进制信息的二进制开关。通常，圆形纳米磁体与这种方法不兼容，因为它们缺乏独特的稳定的面内磁化取向来编码比特。然而，圆形磁致弹性纳米磁体可以制成双稳态，具有电压诱导的各向异性应变，这为纳米磁性逻辑应用提供了两个显著的优点。首先，形状各向异性能垒被消除，这减少了重新定向偶极子的能量的量。其次，面内尺寸可以减小（~ 20 nm），这在以前由于热稳定性问题而不可能实现。在圆形磁致弹性纳米磁体中，即使在克服热稳定性问题的这种尺寸下，电压引起的应变也使磁化稳定。在本文中，我们分析证明了一个二进制逻辑线实现与一个阵列的圆形纳米磁体，时钟与电压引起的应变所施加的底层压电基板。这导致了优于现有的基于CMOS的逻辑的数量级的节能逻辑范例，其可扩展到比现有的纳米磁性逻辑方法的尺寸小得多的尺寸。的分析方法进行了验证与实验测量上制作的PMN-PT样品偶极耦合镍纳米点。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
Skyrmion-mediated Nonvolatile Ternary Memory
本研究提出一种基于VCMA且由Skyrmion介导的非易失性三态存储系统，利用p-MTJ实现三磁阻态，室温下开关概率达99%且能耗低，相比STT多态存储器面积和能量效率显著提升，可用于内存内量化神经网络。
2023-05-17 cond-mat.mes-hall
Anomalous Meets Topological Hall Effect in Cr2Ge2Te6 Heterostructures
本文在中心对称石墨烯/Cr2Ge2Te6/石墨烯异质结中通过磁近邻效应实现反常与拓扑霍尔效应，并利用栅压调控斯格明子，为拓扑自旋电子学提供新路径。
2025-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ohm's law for information revealed by a skyrmion Maxwell's demon
WPI Advanced Institute for Materials Research (AIMR), Tohoku University（东北大学物质材料研究机构）；Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪工业大学研究生院）；Nano-materials Micro-devices Research Center, Osaka Institute of Technology（大阪工业大学纳米材料微器件研究中心）；Spintronics Research Network Division, Institute for Open and Transdisciplinary Research Initiatives, The University of Osaka（大阪工业大学开放与跨学科研究倡议研究所自旋电子学研究网络部门）；Center for Spintronics Research Network (CSRN), Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪工业大学研究生院自旋电子学研究网络中心）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Research Institute for Hybrid Functional Integration（产业技术综合研究所混合功能集成研究所）；Center for the Promotion of Advanced Interdisciplinary Research, The University of Osaka（大阪工业大学高级跨学科研究促进中心）；Center for Science and Innovation in Spintronics, Core Research Cluster, Tohoku University（东北大学自旋电子学科学与创新中心核心研究集群）；Graduate School of Engineering, The University of Osaka（大阪工业大学工程学院）；ULVAC– The University of Osaka Joint Research Laboratory for Future Technology, The University of Osaka（爱发科-大阪工业大学未来技术联合实验室）；Institute for Chemical Research, Kyoto University（京都大学化学研究所）；Center for Spintronics Research Network (CSRN), Institute for Chemical Research, Kyoto University（京都大学化学研究所自旋电子学研究网络中心）；Faculty of Advanced Engineering, Tokyo University of Science（东京理科大学先进工学部）；International Center for Synchrotron Radiation Innovation Smart, Tohoku University（东北大学同步辐射创新智能国际中心）；Department of Electronic Science and Engineering, Kyoto University（京都大学电子科学与工程系）
本研究通过室温下两个磁性斯格明子的布朗运动实现信息引擎，实验验证信息流与信息亲和力成正比，确立信息欧姆定律，并修正了真实电路中的基尔霍夫电压定律。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage-controlled topological spin textures in the monolayer limit
National Engineering Research Center of Electromagnetic Radiation Control Materials, School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学电磁辐射控制材料工程研究中心电子科学与工程学院）；Key Laboratory of Multi Spectral Absorbing Materials and Structures of Ministry of Education, School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China（教育部多光谱吸收材料与结构重点实验室电子科学与工程学院电子科技大学）；School of Physics and State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学物理学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室）；Laboratory of Advanced Materials, Department of Materials Science, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials(iChEM), Fudan University（复旦大学材料科学系先进材料实验室能源化学协同创新中心）；School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院）；Institute of Quantum Materials and Physics, Henan Academy of Sciences（河南省科学院量子物质与物理研究所）
本研究通过电压控制实现二维极限中拓扑自旋纹理的操控，为探索拓扑相变和新型信息科技提供新途径。
2026-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically driven spin torque and dynamical Dzyaloshinskii-Moriya interaction in magnetic bilayer systems
用电的方法有效地控制磁性是当前自旋电子学研究的一个中心问题，这为设计集成自旋电子器件提供了机会。然而，最近的研究方法大多是基于电流注入，它们不可避免地伴随着相当大的能量损失，通过焦耳加热。在这里，我们从理论上提出了一种方法来施加自旋力矩到磁性双层系统的应用电压通过利用Rashba自旋轨道相互作用。转矩类似于众所周知的电流感应转矩，提供类似的磁性可控性，但没有焦耳加热能量损失。扭矩也被证明是作为一个界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，使我们能够激活和创造非共线磁性像skyrmions通过电压的应用。我们的建议提供了一个有效的技术来操纵自旋电子器件的磁化没有焦耳加热能量损失。
2019-07-02 cond-mat.mes-hall
Manipulation of magnetic solitons under the influence of DMI gradients
本研究通过数值与解析方法探讨了 DMI 梯度对磁性孤子的影响，发现线性 DMI 梯度能引发 Néel 和 Bloch 型斯格明子等结构的特定运动，为二维材料低功耗磁化操控提供了新思路。
2023-05-24 cond-mat.mes-hall
In-situ monitoring the magnetotransport signature of topological transitions in the chiral magnet Mn$_{1.4}$PtSn
本文利用新型原位测量平台同步获取Mn$_{1.4}$PtSn的自旋结构与霍尔电压，发现其霍尔电压无需拓扑霍尔效应的额外贡献即可解释，且反斯格明子的形成与湮灭不影响霍尔电压。
2024-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
