Zoology of multiple-Q spin textures in a centrosymmetric tetragonal magnet with itinerant electrons
磁skyrmion是一种拓扑稳定的粒子状涡旋自旋织构，最早在具有Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的非中心对称磁体中被观测到。近年来，在中心对称稀土化合物中也发现了纳米尺度的skyrmion，对其skyrmion的形成机制和非平凡自旋织构的进一步研究具有重要意义。在这里，我们已经详尽地研究了磁结构的原型skyrmion托管中心对称的tetraxylene磁体GdRu 2Si 2，通过进行共振X射线散射实验。我们确定了丰富多样的双Q磁结构，包括反铁性秩序的meron（半skyrmion）/反meronlike纹理分数局部拓扑电荷。在考虑巡游电子和磁各向异性介导的四自旋相互作用的理论框架下，成功地再现了所观察到的复杂的磁相图。目前的研究结果将有助于更好地理解这种中心对称稀土化合物中的新型skyrmion形成机制，并表明巡回电子可以无处不在地在一个简单的晶格系统中拥有各种独特的多Q自旋顺序。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Multiple Topological Magnetism in van der Waals Heterostructure of MnTe2/ZrS2
低维系统的拓扑磁性在凝聚态物理和材料科学中具有重要的基础和实际意义。在这里，使用第一性原理和蒙特卡罗模拟，我们提出了多拓扑磁性（即，Skyrmion和bimeron）可以在MnTe_2ZrS_2的范德华异质结构中存活。由于层间耦合，MnTe_2ZrS_2具有较大的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。这与铁磁交换相互作用相结合，产生了一个有趣的skyrmion相组成的亚10 nm的磁性skyrmion下的一个微小的磁场为75 mT。同时，在小电场作用下，MnTe 2 ZrS 2中也出现了磁性双重子，表明存在多重拓扑磁性.通过层间滑动，这两种拓扑自旋纹理可以打开-关闭，这表明它们的堆叠依赖的字符。此外，还揭示了d和Keff对这些自旋织构的影响，并用一个无量纲参数来描述它们的联合作用。这些探索的现象和见解不仅对拓扑磁性的基础研究有用，而且还使纳米器件的新应用成为可能。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable Rashba-type Dzyaloshinskii-Moriya interaction and skyrmion in two-dimensional magnetoelectric multiferroics
由于拓扑磁性在信息存储和逻辑技术中的应用前景，实现拓扑磁性及其电控制是自旋电子学的热点课题。在这里，我们揭示了这两个可以实现在二维（2D）磁电多铁性。利用第一性原理计算，我们证明了在具有垂直电极化的强度的二维多铁性材料中，通过Rashba效应可以诱导出强的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction），这是形成奇异手征磁性的关键因素.我们验证了这种显着的双折射可以促进亚10 nm skyrmion在二维多铁性与垂直磁各向异性，如CrN单层。此外，在二维多铁性材料中，磁化和电极化的强度的存在为我们提供了独特的机会，有效地电控制的强度和手性的双金属，从而拓扑磁性。作为例子，我们介绍了四种具有不同手征性和极性的多铁性Skyrmions，它们可以被外场操纵。
2020-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic materials based on transition-metal dichalcogenides: Potential platform for reversible control of Dzyaloshinskii-Moriya interaction and skyrmion via electric field
探索能够实现电场控制二维磁性的二维多铁性材料已成为自旋电子学的一个新兴课题。利用第一性原理计算，我们证明了非金属双层过渡金属二硫属化合物（TMD）可以作为一个理想的平台，通过插入磁性原子来构建多铁性。此外，我们还发现Co嵌入双层材料MoS 2，Co（MoS 2）2中，具有相反手性的两个能量简并态为基态，这表明在这类材料中可以通过反转电极化的强度来实现电场对拓扑磁性（如Skyrmions）手性的控制.这些发现为电场控制二维多铁性材料的拓扑磁性和内禀磁电耦合铺平了道路。
2022-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Lorentz TEM investigation of chiral spin textures and Néel Skyrmions in asymmetric [Pt/(Co/Ni)$_M$/Ir]$_N$ multi-layer thin films
利用菲涅耳模洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）研究了对称[Co/Ni] $_M$和非对称[Pt/（Co/Ni）$_M$ /Ir] $_N$多层膜中的磁畴图案。在对称的多层，其中的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用预计为零，我们观察到纯粹的布洛赫型畴壁没有首选的手征。在非对称多层膜中，存在显著的界面缺陷，我们观察到具有手性Néel畴壁的畴图案，其随着垂直场的应用而演变成亚100 nm孤立的Néel Skyrmions。层的厚度和薄膜叠层的界面上的磁性的影响进行了讨论的背景下，开发一个可调的多层系统，为未来的自旋电子应用。
2018-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Ground state search, hysteretic behaviour, and reversal mechanism of skyrmionic textures in confined helimagnetic nanostructures
磁Skyrmions有可能为低功耗，高密度数据存储和处理提供解决方案。开发基于skyrmion的器件的主要挑战之一是skyrmion在受限的螺旋磁性纳米结构中的磁稳定性。通过对平衡态的系统研究，利用包含退磁效应的全三维微磁模型，证明了在零外部磁场和无磁晶各向异性的情况下，skyrmionic织构是helimagnetic薄膜纳米结构的最低能态.我们还报道了非基态平衡构型的亚稳区。我们发现，brackyrmionic纹理进行滞后行为之间的两个能量等效的skyrmionic状态具有不同的核心取向，即使在没有磁晶和退磁为基础的形状各向异性，这表明存在的Dzyaloshinskiii-Moriya为基础的形状各向异性。最后，我们表明，skyrmionic纹理核心反转动力学的布洛赫点的出现和传播。
2015-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Complex magnetic textures in Ni/Ir$_{n}$/Pt(111) ultrathin films
采用第一性原理计算和自旋动力学模拟相结合的方法研究了Ni/Ir $_{n}$ /Pt（111）（$n=0,1,2$）薄膜。最低的能量状态被预测为自旋螺旋，但与skyrmionic状态有微小的能量差异（大约几个$μ$ eV/原子）。自发低温skyrmions，与$\sim15$ nm到$\sim35$ nm的大小，产生于一个大的Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）和海森堡交换相互作用比，特别是，从一个大的面内DM矢量分量的最近的邻居。随着Ir缓冲层厚度的增加，Skyrmion粒子变得更大，更分散.此外，随着$n$的增加，当施加外部磁场或温度升高时，skyrmions稳定性降低。对于$n=0$和$n=1$，我们发现，亚稳态skyrmionium可以发生，其特征在于一个稍微较低的稳定性相对于外部场和较大的临界电流，相比skyrmions。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
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）
研究通过几何约束控制Pt/Co/W多层微轨道中自旋纹理的分层转变，揭示了约束如何促进天体的形成和演变，为室温下更高阶天体状态工程提供了新路径。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin waves in skyrmionic structures with various topological charges
平衡性质和局部磁振子激发拓扑不同skyrmionic纹理的影响。观察到的形状的结构和它们的取向上的晶格解释的基础上，它们的涡旋和晶体的对称性。根据不同织构之间的能量差，理解了不同织构之间的转变及其湮灭作为磁场的函数。的角动量自旋波本征模式的特征的圆柱对称结构相结合的扭曲的自旋配置，导致避免交叉的磁振子谱。的skyrmionic纹理均匀的外场的敏感性计算，揭示了大量的模式成为可检测的角动量本征模之间的杂交由于。这些发现将有助于通过实验和数值模拟来观察扭曲skyrmionic结构中的自旋波，拓宽其在磁振子器件中的可能应用范围。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy-dependent decay of room temperature metastable skyrmions and a nascent double-$q$ spin texture in Co$_{8}$Zn$_{9}$Mn$_{3}$
研究Co₈Zn₉Mn₃中平衡与亚稳态斯格明子，发现室温衰减强烈依赖磁各向异性，并识别出可作为衰减中间态的新生double-q自旋织构。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tailoring composite skyrmionic spin textures in an above-room-temperature ferromagnet Fe3-xGaTe2
本文通过磁力显微镜研究非化学计量比Fe3-xGaTe2中铁缺乏诱导的斯格明子自旋纹理演化，建立拓扑转变路径模型，并在室温下可控实现了斯格明子ium、斯格明子袋和袋态等复合拓扑自旋纹理。
2025-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A transmission electron microscope study of Néel skyrmion magnetic textures in multilayer thin film systems with large interfacial chiral interaction
本研究利用洛伦兹TEM及多尺度表征分析FM/HM多层膜中的Néel斯格明子，定量揭示晶粒尺寸、斯格明子直径及磁化旋转区等结构参数。
2017-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Skyrmions in Atomic Thin CrI$_3$ Monolayer
在这封信中，我们报告的可视化拓扑保护自旋纹理，在磁skyrmions的形式，在最近发现的单原子薄的二维碘化铬$_3$。结合密度泛函理论和自旋动力学模拟，我们证明了在CrI $_3$晶格中施加面外电场有利于在0 K温度下形成亚10 nm的skyrmion.自旋织构的产生是由于磁晶各向异性、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和垂直电场之间的强相关性，其形状和大小可以通过磁场来调节。这一发现将为原子尺度的量子工程和精密传感开辟新的途径。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Topological Magnetoresistance of Magnetic Skyrmionic Bubbles
通过研究CeMn2Ge2中斯格明子气泡引起的磁阻归一化行为，发现面内三重态交换散射通道主导Bloch型斯格明子气泡态磁输运，提出了一种探测手性自旋织构拓扑性质的电学方法。
2023-10-21 cond-mat.mtrl-sci
The dynamic chirality flips of Skyrmion bubbles
磁skyrmion是一种具有复杂非共面自旋织构的拓扑磁畴，在二维空间中呈现盘状结构。从基础研究的角度来看，探索三维自旋织构和相关的手性开关引起了人们极大的兴趣。本文利用洛伦兹透射电子显微术，采用矢量场层析法重建了中心对称Mn-Ni-Ga中Skyrmion泡的三维磁矩。通过研究整个空间的磁矢量，确定了气泡的类型。我们发现气泡很容易切换它们的手性，但仍然保持极性，以保持材料内气泡的奇异性。我们的研究结果提供了宝贵的见解的基本机制的自旋手征翻转动力学的skyrmion泡。
2021-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Impact of the skyrmion spin texture on magnetoresistance
利用扫描隧道显微镜研究了局域自旋织构对微分电导的影响。在焦点是以前发现的非共线磁阻，这源于自旋混合效应时，电子跳跃相邻网站之间的倾斜磁矩。在目前的工作中，它的横向分辨率研究都为零磁场自旋螺旋状态，以及在不同的磁场值的个别磁skyrmion。我们详细分析了微分电导的响应，发现不同的依赖性的峰值能量和峰值强度的非共线自旋织构的本地属性。我们发现在Skyrmion的中心，峰值能量和强度尺度与最近邻矩之间的角度大致成线性关系。在Skyrmion的其他地方，非共线性不是各向同性的，磁化量子化轴变化，峰值能量的行为更复杂。
2017-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Degenerate skyrmionic states in synthetic antiferromagnets
拓扑磁织构，其特征在于整数拓扑电荷$S$，是在未来的磁逻辑和存储器件的潜在候选人，由于其较小的尺寸和预期的低阈值电流密度为他们的运动。稳定它们的一个基本要求是Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction），其促进特定的手性，导致给定材料中$S$的独特值。然而，最近人们用$J_1$-$J_2$-$J_3$经典海森堡模型预言了阻挫铁磁体中拓扑荷相反的skyrmions和反skyrmions的共存，这为利用拓扑荷作为额外的自由度开辟了新的视角.在这项工作中，我们提出了另一种方法，使用合成反铁磁（SAF）系统，其中一个铁磁（FM）层具有各向同性，另一个FM层具有各向异性，以促进skyrmions和antiskyrmions的存在，分别。由于FM层中磁织构之间的耦合，产生了受抑的相互作用，这使得6种新的椭圆拓扑织构能够稳定和共存。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Weak crystallization of fluctuating skyrmion textures in MnSi
本文报道了过渡金属helimagnet MnSi中顺磁到skyrmion晶格转变过程中出现的非平凡拓扑缠绕和长程序的实验研究。结合小角中子散射，中子共振自旋回波光谱和全电微波光谱的磁化率测量，我们发现的证据Skyrmion纹理的顺磁状态超过$10^3$的寿命超过几个10 $^{-9}$ s。我们的实验结果建立了顺磁性的skyrmion晶格转变MnSi是很好地描述了朗道软模式机制弱结晶，最初提出的背景下的液体到晶体的转变。作为该理论模型的一个关键方面，磁化的周期性小振幅分量的调制矢量形成加为零的三角形。与我们的实验结果非常一致，这些三角形的调制矢量需要存在的非平凡的拓扑缠绕的skyrmion已经在顺磁状态的MnSi接近skyrmion晶格转变时。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Skyrmion Bubbles by Design in a Centrosymmetric Kagome Magnet
本文通过化学调控中心对称Kagome磁体TmMn6Sn6的磁晶各向异性，克服了DMI缺失下的设计难题，成功诱导出自旋重取向转变并观察到斯格明子气泡晶格，为在中心对称系统中按需设计斯格明子织构开辟了新途径。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of metastable target skyrmion states in continuous films
本研究基于CoFeB/MgO/Ta多层膜，通过调节材料特性和热激发在室温附近成功稳定了1π、2π和3π靶态斯格明子，并验证了其在零磁场下的长期稳定性与拓扑保护特性，为连续薄膜中拓扑自旋纹理的定制与技术应用提供了平台。
2024-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of skyrmionic magnetic textures in two-dimensional vdW materials and their heterostructures
在二维（2D）范德华（vdW）材料中观察到的内禀磁性为探索2D拓扑磁性织构，特别是包括skyrmion及其拓扑等价物的skyrmion磁性织构（SMTs）提供了独特的机会。自从在2D vdW材料及其异质结构中实验发现skyrmion以来，一个关键的挑战在于控制这些SMT将其有趣的功能转化为自旋电子学应用。本文综述了2D vdW单层材料及其异质结构中SMT调制的实验和理论研究进展。除了温度、磁场和样品厚度等基本调制因素外，我们还提出了电流驱动的迁移率和跃迁的实验实现，以及电场对各种磁电调制的理论预测。考虑到vdW层状材料的二维特性，应变和堆叠方式也是调节磁性织构的有效方法。
2023-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-orbit torque induced dipole skyrmion motion at room temperature
我们证明了确定性控制的偶极场稳定的skyrmions的重过渡金属种子层所产生的自旋轨道力矩的装置。实验上进行非晶Fe/Gd多层膜，图案化成线，并表现出条纹域和偶极skyrmions在室温下。我们发现，虽然域壁和skyrmions平均是非手性的，由于缺乏Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，在每个表面的Néel样封闭域壁是手性的，可以耦合到自旋轨道扭矩。报道了不同磁相的电流诱导畴的演化，包括无序条纹畴、共存条纹和偶极skyrmion以及紧密堆积的偶极skyrmion晶格。磁性织构在电流密度约为10^8 A/m2的电流激励下表现出运动。通过比较不同重过渡金属界面的Fe/Gd薄膜中磁自旋织构的运动，我们证实了自旋电流可以通过自旋-轨道矩来操纵非手性偶极skyrmions.
2018-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Stray field signatures of Néel textured skyrmions in Ir/Fe/Co/Pt multilayer films
Skyrmions是具有拓扑性质的纳米级自旋构型，在自旋电子器件中具有很大的前景。在这里，我们建立了他们的Néel纹理，螺旋度，和大小在Ir/Fe/Co/Pt多层膜通过构建一个多极展开来模拟他们的杂散场签名，并将其应用到磁力显微镜（MFM）图像。此外，已证明的敏感性Skyrmion属性的不均匀性，再加上一个独特的能力，以估计钉扎力的动力学，预示着广泛的适用性，在新兴领域的拓扑自旋纹理。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic adatom induced skyrmion-like spin texture in surface electron waves
当一个外来原子被放置在金属表面时，周围的电子海会屏蔽额外的电荷，导致振荡或涟漪。在表面上，这些电子有时被限制在二维表面态，由于电子的自旋-轨道相互作用和反转不对称环境产生的Rashba效应，其自旋简并被提升。据信，至少对于单个吸附原子，扫描隧道显微镜测量对Rashba分裂不敏感，即将观察到电荷振荡中的特征。依靠散射理论，我们证明，如果磁性，一个单一的吸附原子是足够的可视化的Rashba效应的存在下，在诱导自旋磁化的周围的电子表现出扭曲的自旋纹理描述为叠加的两个skyrmionic波相反的手征。
2012-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral and Topological Orbital Magnetism of Spin Textures
使用半经典的格林函数形式主义，我们发现出现的手性和拓扑轨道磁性在二维手性自旋纹理明确找到的轨道磁化的修正，成比例的纹理的梯度的权力。我们表明，在自旋轨道耦合的情况下，由此产生的轨道力矩可以理解为电子响应与实空间Berry曲率的新兴磁场。通过参考Rashba模型，我们证明了通过调整表面系统的参数，在自旋纹理中涌现的轨道磁性的工程可以为轨道电子学中的新概念铺平道路。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering the dynamics of topological spin textures by anisotropic spin-orbit torques
将拓扑稳定的磁织构如Skyrmions作为纳米级信息载体集成到未来技术中需要通过电流进行可靠的控制。在这里，我们发现，相关的skyrmion霍尔效应，它描述了从当前的流动方向移动skyrmion的偏转，获得重要的修正，由于各向异性的自旋轨道转矩，改变拓扑自旋结构的动态。因此，我们提出了一个可行的手段操纵电流诱导运动的skyrmions和antiskyrmions。在此基础上，通过第一性原理计算和对称性论证，证明了在Ir/Co/Pt和Au/Co/Pt磁性多层膜中，自旋织构的运动可以通过材料设计来定制.我们的工作推进了对这些磁纹理的电流诱导动力学的理解，这是大量存储器和逻辑应用的基础。
2019-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-resolution tunneling spin transport characteristics of topologically distinct magnetic skyrmionic textures from theoretical calculations
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…
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Coupling microwave photons to topological spin-textures in Cu$_2$OSeO$_3$
拓扑保护的纳米级自旋纹理，被称为磁skyrmions，具有粒子般的性质和功能涌现的磁性效应。在大块的立方体氦磁体中，不同的Skyrmion共振模式已经被使用类似于自旋电子学中的铁磁共振的技术识别出来。然而，微波光子和Skyrmion共振模式之间的直接光-物质耦合尚未得到证实。利用两个不同的腔系统，我们实现观察到的腔谐振模式和两个谐振skyrmion模式，逆时针旋转和呼吸模式，在散装铜$_2$ OSeO $_3$之间的直接相互作用。对于这两种谐振模式，我们发现在57 K的最大耦合强度表示的腔线宽在简并点的增强。我们研究了在预期的skyrmion相的有效耦合强度作为温度的函数。我们属性的最大有效耦合强度的存在下，大量的skyrmion，相应地，一个完全稳定的skyrmion晶格。我们的实验结果表明，光子和磁skyrmions的共振模式之间的耦合依赖于这些拓扑粒子的相对密度，而不是在系统中的纯自旋数。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vector vorticity of skyrmionic texture: an internal degree of freedom tunable by magnetic field
与非中心对称材料中由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用驱动的skyrmion不同，中心对称磁体中的skyrmion织构可能具有额外的内部自由度，这极大地丰富了其形貌，暗示了拓扑保护所允许的连续变形，并实现了灵活的可调性和潜在的功能性。为了更好地描述涡的内部自由度，将传统的整数标量涡推广为允许连续旋转的矢量涡。进一步简化的涡度角和螺旋度角代表了自旋空间的全部旋转自由度。具有阻挫的中心对称磁体为实现对这些内部自由度的可控操纵提供了一个完美的平台，其中磁场可以被施加以在晶体和孤立形式的skyrmionic织构中连续地调谐涡度，并且螺旋度可以进一步由电场控制。此外，模拟还揭示了与涡度调制相关的独特动力学效应，即旋转磁场可以产生直线运动来调节涡度，而控制涡度也可以调制由自旋极化电流引起的动力学。
2022-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unveiling the emergent traits of chiral spin textures in magnetic multilayers
磁skyrmions是拓扑缠绕的纳米级自旋纹理，其环境稳定性和多层膜中的电操纵导致了研究活动的爆炸。虽然过去的努力主要集中在孤立的skyrmions，最近合奏的手性自旋纹理，包括skyrmions和磁条，被证明具有丰富的相互作用与潜在的设备应用。然而，手性自旋织构现象学的几个基本方面仍有待阐明，包括它们的畴壁结构，热力学稳定性和形态转变。在这里，我们揭示了这些纹理特征的演变在一个可调的多层平台-其中手性相互作用支配自旋纹理能量可以广泛变化-使用全场电子和软X射线显微镜与数值模拟相结合。随着手性相互作用的增加，我们证明了Néel螺旋的出现，随后是域压缩性的显着降低，最后是Skyrmion形成机制的转变。结合分析模型，这些实验建立了一个全面的微观框架，用于研究和定制多层膜中的手性自旋织构特性。
2022-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning topological spin textures in size-tailored chiral magnet insulator particles
拓扑自旋纹理，如skyrmions持有高潜力的磁活性元素在不久的将来的各种应用。虽然金属多层膜中的skyrmions在这方面引起了极大的关注，但要释放skyrmions在各种应用中的无数潜力，需要发现和定制替代主机系统范例。在这里，我们开发和应用化学方法来合成八面体粒子的手性绝缘skyrmion主机Cu2OSeO3与窄的尺寸分布，并定制尺寸接近纳米级。结合磁力测量和中子散射实验与微磁模拟，我们表明，体积相图Cu2OSeO3的变化显着低于八面体高度为400 nm。进一步的颗粒大小相关的制度，其中各种拓扑自旋纹理，如skyrmions，merons和bobbers可以稳定，之前的一个较低的临界八面体高度约。190 nm以下，没有拓扑自旋织构被发现稳定。这些研究结果表明，条件下，稀疏拓扑自旋纹理限制手性磁性纳米粒子可以是稳定的，并提供新的潜在的绝缘体为基础的应用范例。
2022-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Skyrmion Sliding Switch in a 90-nm-Wide Nanostructured Chiral Magnet
Hefei Normal University（合肥师范学院）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Anhui University（安徽大学）
通过利用90纳米宽磁性纳米结构中的Skyrmion边缘吸引力相互作用，实现了一种基于Skyrmion滑动的二进制开关，展示了在三维拓扑自旋电子器件中的应用潜力。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Symmetry-Tunable Skyrmions and Merons in Magnetic Nanodisks via Spatially Engineered Anisotropy
China University of Mining and Technology（中国矿业大学）；University of Antwerp（安特卫普大学）；Zhejiang University（浙江大学）
该研究通过空间调控各向异性，在无DMI的非手性磁系统中稳定了斯格明子与meron拓扑自旋纹理，实现了其可控磁响应及可重构磁振子元件的应用。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field-induced creation and directional motion of domain walls and skyrmion bubbles
由电场驱动的磁化动力学可以为信息技术提供长期的好处，因为它的超低功耗。同时，在由铁磁层和重金属层组成的界面非对称多层膜中，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用可以稳定拓扑自旋织构，如手征畴壁、skyrmion和skyrmion泡。这些拓扑自旋织构可以通过电场控制，并有望用于构建先进的自旋电子器件。在这里，我们提出了一个实验和数值研究的电场诱导的创建和定向运动的拓扑自旋纹理的磁性多层膜和跑道的厚度梯度和界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在室温下。我们发现，在一定条件下，电场诱导的手征畴壁定向运动伴随着Skyrmion泡的产生。我们还证明了电场的变化可以诱导Skyrmion泡的运动。我们的发现可能为开发具有超低功耗的基于skyrmion的设备提供机会。
2018-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pathways to Bubble and Skyrmion Lattice Formation in Fe/Gd Multilayers
本文利用时间分辨克尔光谱和微磁学模拟，系统研究了Fe/Gd多层膜中通过温度、磁场和飞秒光激发等不同路径形成磁泡与斯格明子的相图条件，揭示了光激发可超越准静态相图预测并仅从条纹畴态实现拓扑织构创建。
2025-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From electronic structure to magnetism and skyrmions (Topical review)
本文以教科书风格综述了从电子结构到磁性及斯格明子的多尺度建模方法，通过跨尺度参数传递实现磁性材料的真实模拟与预测，助力新材料开发。
2023-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structure and magnetism of the skyrmion hosting family GaV$_4$S$_{8-y}$Se$_y$ with low levels of substitutions between $0 \leq y \leq 0.5$ and $7.5 \leq y\leq 8$
为了研究它们的磁性和结构性质，合成了在$0 \leq y \leq 0.5$和$7.5 \leq y\leq 8$之间具有小水平取代的GaV $_4$ S $_{8-y}$ Se $_y$材料家族的多晶成员。取代的skyrmion托管母体化合物GaV $_4$ S $_8$和GaV $_4$ Se $_8$，发现抑制温度的立方菱形结构的相变发生在两个末端化合物，并创建一个温度区域周围的过渡，其中有一个共存的这两个阶段。类似地，磁化强度的大小和磁性转变的温度在所有取代的化合物中都被抑制，直到实现玻璃状磁性状态。有证据表明，从$ac$的磁化率数据，skyrmion晶格与那些在GaV $_4$ S $_8$和GaV $_4$ Se $_8$类似的动力学是目前在化合物具有非常低的水平的取代，$0 < y< 0.2$和$7.8 < y < 8$，然而，这些国家消失在更高水平的取代。这些取代的材料的磁性受到取代的影响，改变交换途径，并导致越来越无序的磁性状态的产生。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Manipulating the Topology of Nanoscale Skyrmion Bubbles by Spatially Geometric Confinement
中心对称磁体中磁skyrmion泡的发现受到研究界越来越多的关注，这是由于自旋拓扑织构的迷人物理学及其在自旋电子学中的可能应用。然而，关键的挑战仍然存在，如如何操纵skyrmion气泡的成核，以排除平凡的气泡或亚稳态skyrmion气泡，通常与skyrmion气泡在中心对称磁体中共存。在这里，我们报告已经成功地执行了这项任务，通过应用空间几何约束的中心对称受挫Fe 3Sn 2磁体。我们证明了空间几何约束确实可以稳定的skyrmion泡，有效地抑制平凡泡和亚稳态skyrmion泡的形成。我们还表明，限制Fe 3Sn 2纳米带中的skyrmion气泡的成核的临界磁场是急剧减少，由一个数量级，比在没有几何约束的薄板所需的。通过分析纳米条纹的宽度和厚度对skyrmion泡自旋织构的影响，我们推断skyrmion泡的拓扑跃迁与偶极-偶极相互作用密切相关，这与理论模拟结果一致.这里呈现的结果代表了操纵skyrmion气泡的拓扑自旋纹理的重要一步，使我们更接近于实现基于skyrmion的赛道存储器件的制造。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmionics in correlated oxides
虽然手性磁体，金属基磁性多层膜或Heusler化合物已被认为是Skyrmionics领域的材料主力，但氧化物现在正成为有前途的替代品，因为它们具有自旋-轨道-电荷-晶格自由度和/或耦合铁性序参量之间的特殊相关性。这些相互作用为实际利用skyrmionics开辟了新的可能性。本文综述了近年来在各种氧化物体系中拓扑自旋织构的观测和控制方面的研究进展。我们首先在大块和异质结构铁磁氧化物中发现了skyrmions和相关的准粒子。接下来，我们强调的缺点，实现铁磁纹理，这导致了最近的探索亚铁磁和反铁磁氧化物对应物，具有较高的居里温度，杂散场免疫力，低吉尔伯特阻尼，超快磁动力学，和/或没有skyrmion偏转。然后，我们强调了新的途径来控制的稳定性，运动，和检测的拓扑纹理使用电场和电流的发展。最后，我们提出了需要克服的突出挑战，以实现全电，非易失性，低功耗的氧化物skyrmionic设备。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
All-Electrical Skyrmionic Bits in a Chiral Magnetic Tunnel Junction
本研究制备出晶圆级纳米手性磁性隧道结，实现了单个斯格明子的稳定存在、高信噪比电读出及低电流操控，还获得三种非易失电态，为斯格明子比特的器件应用提供了平台。
2023-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral magnetic textures in Ir/Fe/Co/Pt multilayers: Evolution and topological Hall signature
Skyrmions是拓扑保护的，二维的，局部的刺猬和旋转的螺旋。skyrmions最初是作为核相互作用的场论中的一个概念而发明的，它是凝聚态物质中广泛现象的核心。它们在室温（RT）下在磁性多层膜中的实现产生了相当大的兴趣，受到技术前景和对基本问题的访问的推动。Skyrmion与载流子的相互作用产生了奇异的电动力学，如拓扑霍尔效应（THE），霍尔对出现的磁场的响应，Skyrmion贝里相的表现。THE可以用来探测Skyrmion的提议需要进行定量测试。为此，必须全面了解skyrmion和其他手性纹理及其电指纹。在这里，使用霍尔传输和磁成像，我们跟踪的演变的磁性纹理和他们的签名在技术上可行的多层膜作为温度（$T$）和平面外施加的磁场（$H$）的函数。我们发现，拓扑霍尔电阻率（$ρ_\mathrm{TH}$）的规模与密度的孤立skyrmion（$n_\mathrm{sk}$）在很宽的范围内的$T$，确认的影响的skyrmion贝里阶段的电子输运。我们发现，在较高的$n_\mathrm{sk}$ skyrmions集群成蠕虫进行相当大的拓扑电荷，不像拓扑平凡的自旋螺旋。虽然我们建立了一个定性协议之间的$ρ_\mathrm{TH}(H,T)$和面密度的拓扑电荷$n_\mathrm{T}(H,T)$，我们详细的定量分析表明，一个更大的$ρ_\mathrm{TH}$比流行的理论预测观察到的$n_…
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Antitopological magnetic textures in an antiferromagnetically coupled bilayer with frustration
Key Laboratory of Quantum Materials and Devices of Ministry of Education, School of Physics, Southeast University（东南大学物理学院教育部量子材料与器件重点实验室）
本文研究无外磁场下阻挫诱导的反拓扑双层磁织构通用模型，探明层间耦合可抑制结构畸变、提升运动速度，为相关拓扑磁织构的材料设计与应用提供指导。
2026-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Hall effect of Skyrmions from First Principles
本文提出一种第一性原理方法，通过建模有效磁场并构建Wannier紧束缚哈密顿量计算拓扑霍尔效应，在Gd2PdSi3中验证有效并揭示折叠能带交叉点的关键贡献。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible Transformation between Isolated Skyrmions and Bimerons
Skyrmions和bimeron是通用的拓扑自旋纹理，可以用作经典和量子计算的信息位。孤立skyrmions和bimerons之间的转换是基于多个不同拓扑位的计算体系结构的基本操作。在这里，我们报告的创建孤立的skyrmions和随后的改造，双分子通过利用电流诱导的奥斯特场和温度引起的垂直磁各向异性的变化。skyrmions和bimerons之间的转换是可逆的，这是由电流的幅度和扫描方向控制。通过Skyrmion-bimeron变换和磁化翻转，可以在同一系统中产生Skyrmion和bimeron。形变skyrmion泡和手性迷宫域被发现作为非平凡的中间过渡态。我们的研究结果可能为在同一系统中使用不同类型的拓扑自旋纹理构建先进的信息处理设备提供一种独特的方式。
2022-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilization and application of asymmetric Néel skyrmions in hybrid nanostructures
信息量的不断增加迫使信息存储和处理技术不断改进，设备进一步小型化，效率提高。磁skyrmions，拓扑准粒子，最小的稳定磁纹理具有有趣的性质和潜在的数据存储应用。具有不同磁化方向的元素的混合纳米结构可以为开发基于skyrmion的自旋电子器件和磁振子器件提供额外的优势。我们发现，一个Néel型skyrmion限制在一个纳米点放置在顶部的铁磁条产生一个独特的和引人注目的平台，探索磁化纹理之间的相互耦合。Skyrmion会在条纹上产生印记，这反过来又会不对称地挤压点中的Skyrmion，增加它们的大小和Skyrmion稳定性的范围，同时引入Skyrmion双稳定性。最后，我们提出了一个概念验证技术的无约束运输的skyrmion沿赛道的基础上提出的混合动力系统。我们的研究结果表明，混合结构，是有前途的应用在磁振子和自旋电子学。
2022-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Emergent phases in the Yao-Lee model via coupling to topological spin textures
本文研究Yao-Lee模型中马约拉纳费米子与拓扑自旋纹理的耦合，发现斯格明子晶体可诱导多种vison晶体及陈数高达5的拓扑相，并揭示螺旋自旋纹理主要产生无能隙通量晶体，阐明了量子自旋液体中拓扑自旋纹理与分数化准粒子相互作用的丰富物理。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Colloquium: Quantum Properties and Functionalities of Magnetic Skyrmions
本综述梳理磁性斯格明子的量子效应研究进展，涵盖其理论起源、实验探测挑战，讨论相关激发、织构量子化等核心内容，并提出材料与器件方向及实验技术需求。
2024-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Antiferromagnetic half-skyrmions electrically generated and controlled at room temperature
拓扑保护的磁性结构，如skyrmion，half-skyrmion（meron）和它们的反粒子，构成磁序中的微小漩涡。它们是下一代存储设备中信息载体的有希望的候选者，因为它们可以使用电流诱导的自旋扭矩以非常高的速度有效地推进。反铁磁体已经被证明可以承载这些纹理的版本，这些纹理由于其潜在的太赫兹动力学、偏转自由运动和由于没有杂散场而改进的尺寸缩放而获得了显著的关注。在这里，我们表明，拓扑自旋纹理，merons和反merons，可以在室温下产生和可逆地移动使用电脉冲在薄膜CuMnAs，半金属反铁磁体，是一个测试平台系统的自旋电子学应用。反铁磁merons的电产生和操纵是实现反铁磁薄膜作为高密度、高速磁存储器件中的有源元件的全部潜力的关键一步。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Coexistence of Merons with Skyrmions in the Centrosymmetric van der Waals Ferromagnet Fe5GeTe2
Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$是一种中心对称的层状范德华（vdW）铁磁体，其居里温度$T_c$（270-330 K）在自旋电子学应用的有用范围内。然而，人们对它的拓扑自旋纹理之间的相互作用知之甚少（例如，merons、skyrmions），其具有技术上相关的输运性质，例如拓扑霍尔效应（THE）或拓扑热输运。在这里，我们通过高分辨率的洛伦兹透射电子显微镜，meron和反meron对共存与Néel skyrmions在Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$在很宽的温度范围内，并探测其对热和电输运的影响。我们检测到的THE，即使在房间$T$，感测merons在较高的$T$ s，以及它们与skyrmions共存的$T$降低，表明按需热驱动形成的任何类型的自旋纹理。值得注意的是，我们还观察到一个非常规的THE在没有洛伦兹力和属性之间的相互作用载流子和磁场诱导的手征自旋织构。我们的研究结果暴露Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$作为一个有前途的候选人的skyrmionics/meronics由于不同的，但共存的拓扑磁纹理和非常规的电荷/热载流子的运输之间的相互作用的应用程序的发展。
2023-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multifunctional Oxides for Topological Magnetic Textures by Design
设计可操作的Skyrmion赛道存储器的几个挑战是众所周知的。在这些挑战中，如果研究人员只依赖金属材料，可以确定一些矛盾。因此，将Skyrmion物理的探索扩展到氧化物材料是弥合矛盾差距的必要条件。在这篇专题综述中，我们首先简要地修改了稳定和操纵Skymion的理论和标准，然后研究了偶极稳定的磁泡的行为。接下来，我们探索了具有磁电耦合的多铁性Skyrmions的性质，到目前为止，它只能稳定在Cu $_2$ OSeO $_3$中，以及在一些极性材料中罕见的体Néel型Skyrmions。作为一个穿插部分，我们回顾了反常效应（AHE）和拓扑霍尔效应（THE）的理论，然后回顾了氧化物薄膜中拓扑霍尔效应的最新进展。还讨论了关于另一种解释的争论。最后，展望了利用钙钛矿的界面电荷转移和（111）取向来研究Skyrmion的前景。
2020-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
