Transport properties of dipole skyrmions in amorphous FeGd multilayers
通过在三种电流和磁场配置下测量非晶中心对称Fe/Gd多层膜中偶极skyrmion的温度和场相关电阻率，研究了其输运响应.结果表明，偶极skyrmion晶格相可能会形成在一定的温度下导致一个独特的签名的极性纵向电阻率。这个签名不同于传统的场变化的抛物线响应与条纹相位，过渡到一个无序的skyrmion相下施加的领域。不同场历史记录下的输运测量结果表明，在特定的场历史反转过程中，极区纵向电阻率出现异常。我们的实验结果再现使用微磁学模拟，显示异常的极性纵向电阻率是相关的畴壁重新配置，发生的域形态从无序条纹下施加垂直场的skyrmion晶格过渡。
2022-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gyrotropic resonance of individual Néel skyrmions in Ir/Fe/Co/Pt multilayers
磁性Skyrmions是最近在室温（RT）下发现的多层膜中的纳米自旋结构。利用他们的新的拓扑性质对令人兴奋的技术前景需要一个机械的理解的激发和弛豫机制，其稳定性和动态。本文报道了Ir/Fe/Co/Pt多层膜中RT Néel skyrmions的磁化动力学。我们观察到一个无处不在的微波吸收光谱中的激发模式，所产生的拓扑skyrmions的回旋共振，并在很宽的温度范围和样品组合物的鲁棒性。模拟和分析计算的组合建立，频谱是由独特的多层的层间和界面的磁相互作用的相互作用，产生强烈的skyrmion共振重整化到较低的频率。我们的工作提供了拓扑自旋结构的时空动力学的基本光谱的见解，并对他们的功能化在纳米器件的关键方向。
2018-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Twisted domain walls and skyrmions in perpendicularly magnetized multilayers
我们提出了一个分析理论来描述三维磁性纹理的垂直磁化的磁性多层膜中出现的静磁相互作用和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya）的存在下。我们证明，在多层畴壁开发一个复杂的扭曲结构，即使是具有较强的扭曲的薄膜仍然存在。这种扭曲的起源是表面体积杂散场相互作用，表现为一个深度依赖的有效场，其形式模仿的有效场。我们发现，壁扭曲的平衡skyrmion或域的大小有轻微的影响，但可以显着影响电流驱动的动力学。我们的结论是基于推导出的静磁能的解析表达式，并证实了微磁学模拟。
2018-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional skyrmionic cocoons in magnetic multilayers
三维（3D）拓扑自旋纹理出现作为有前途的准粒子编码信息在未来的自旋电子器件。第三维度提供了关于其磁性的更多延展性以及对于潜在应用的更多灵活性。然而，这种准粒子在容易实现的系统中的稳定和表征仍然是一项正在进行的工作。在这里，我们观察到一种新型的3D磁性纹理，我们称之为skyrmionic茧，它位于磁性薄膜多层膜的内部，并具有特征的椭球形状。有趣的是，这些茧可以共存于更标准的“管状”skyrmions通过所有的多层证明存在两个非常不同的对比度在室温下记录的MFM图像。这些新的skyrmionic纹理的存在，以及他们的层解析手性和拓扑性质的理解进行了研究，通过微磁学模拟。为了实验稳定的3D skyrmion管和茧的组合，我们已经制定了金属多层膜中的磁性，特别是各向异性，在堆栈中的磁性薄膜的变化取决于它们的垂直位置。最后，在磁成像的补充，我们还测量的磁阻响应的多层膜作为磁场的函数，并成功地适应其演变使用的3D微磁模拟作为输入的磁配置。达成的极好的协议带来了额外的证据，证明了skyrmionic茧的存在，因此可以被电探测到。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling the shape of axisymmetric skyrmions in magnetic multilayers
本文提出了一个全面的垂直各向异性磁性多层膜中孤立轴对称Skyrmions的微磁模型。最值得注意的是，内部偶极场的重要作用被广泛认为是最小量的假设上的磁化曲线。多层Skyrmions的三维结构是由它们在每一层中的径向轮廓建模的。我们首先比较的结果，在笛卡尔坐标系中的一个完整的微磁描述的模型。我们的模型结合了层依赖的大小和手性的skyrmions的信息。我们还提供了一个方便的标准，以表征稳定的skyrmions对各向异性的伸长，将打破他们的圆柱对称性，这允许确认确定的解决方案的稳定性。由于该模型能够处理通过多层skyrmions的厚度扭曲的磁化配置，它可以提供任何潜在的混合手性在skyrmions由于Dzyaloshinskiiii-Moriya和偶极相互作用的相互作用在多层的预测。最后，我们应用我们的模型的结果来描述的电流驱动的混合手征skyrmions的动力学。使用Thiele形式主义，我们表明，我们可以预测的力施加在多层skyrmion垂直自旋极化电流，这提供了一种方法，以符合混合skyrmion手征和自旋电流注入几何形状，以优化skyrmion运动在多层膜中，以最大限度地提高电流诱导的速度，或取消skyrmion霍尔角的目的。
2018-07-13 cond-mat.mes-hall
Observation of a non-reciprocal skyrmion Hall effect of hybrid chiral skyrmion tubes in synthetic antiferromagnetic multilayers
本研究在合成反铁磁多层膜中观测到混合手性斯格明子管电流驱动下的非互易霍尔效应，其源于斯格明子螺旋度的动态振荡，并可通过磁补偿度调节。
2025-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Zero-Field Magnetic Skyrmions in Chiral Multilayers by a Duet of Interlayer Exchange Couplings
提出利用手性多层膜中两种层间交换耦合的协同作用，从能量学和成核动力学两方面增强零场斯格明子稳定性并调控密度，为可扩展斯格明子器件提供方案。
2023-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Nanoscale Room-Temperature Multilayer Skyrmionic Synapse for Deep Spiking Neural Networks
磁skyrmions吸引了相当大的兴趣，特别是在最近的实验证明，在室温下的多层膜。Skyrmions的鲁棒性，纳米尺寸和非挥发性已经引发了对基于Skyrmions的低功耗，超密度纳米计算和神经形态系统（如人工突触）的大量研究。在未来的实际设备中集成skyrmionic突触需要室温操作。在这里，我们提出了一个纳米级的skyrmionic突触组成的磁性多层膜，使室温下的设备操作量身定制的最佳突触分辨率。我们证明，当嵌入这样的多层skyrmionic突触在一个简单的尖峰神经网络（SNN）与无监督学习通过尖峰时间依赖的可塑性规则，我们可以实现只有78%的分类精度在MNIST手写数据集在现实条件下。我们建议通过使用具有监督学习的深度SNN，可以将此性能显着提高到约98.61%。我们的研究结果表明，所提出的skyrmionic突触可以是一个潜在的候选人，为未来的能源效率的神经形态边缘计算。
2020-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Walker breakdown with a twist: Dynamics of multilayer domain walls and skyrmions driven by spin-orbit torque
通过三维微磁学模拟和解析建模，研究了垂直磁化铁磁多层膜中扭曲畴壁和Skyrmions的电流感生动力学。结果表明，这种系统一般表现出沃克击穿的现象，在电流诱导的阻尼类自旋轨道力矩的存在下。在临界电流阈值以上，对应于几十m/s量级的典型速度，某些层中的畴壁开始以千兆赫范围内的频率进动，这导致振荡运动和迁移率的显著下降。这种现象起源于复杂的杂散场相互作用，并发生在广泛的多层材料和结构，包括至少三个铁磁层和有限的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。一个分析模型来描述的进动动力学与表面体积杂散场相互作用的多层膜，产生定性协议与微磁模拟。
2019-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally assisted skyrmions creation in Pt/Co/Ta multilayer films
多层膜中的Néel型磁性skyrmions由于其在室温下的稳定性和在低密度电流驱动下的运动能力而引起了人们的极大关注，这可能会在自旋电子器件中得到潜在的应用。然而，热效应对skyrmions的形成及其行为的研究很少。在这里，我们报告的研究在[Pt/Co/Ta]10多层样品在不同的温度下使用原位洛伦兹透射电子显微镜的skyrmions的创建。通过对正（负）饱和到负（正）饱和的磁化反转过程的成像，我们发现skyrmions可以通过铁磁饱和态的成核和在一定外场下迷宫畴的破缺而产生。通过调节外场，在不同的温度下，skyrmions的密度达到最大值。关键的发现是，多层膜中skyrmions的产生严重依赖于温度和热历史。
2018-07-14 cond-mat.mes-hall
Controlling bubble and skyrmion lattice order and dynamics via stripe domain engineering in ferrimagnetic Fe/Gd multilayers
Universität Göttingen（哥廷根大学）；TU Wien（维也纳工业大学）；University of Vienna（维也纳大学）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）
通过条状磁畴工程调控铁磁Fe/Gd多层中的气泡和反ferromagnetic晶格秩序及动力学，实现对磁化动力学的精确控制。
2025-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing the strongly reshaped skyrmion Hall effect in multilayer wire devices
磁性skyrmions是纳米级的自旋纹理，被吹捧为下一代计算元素。当受到横向电流的影响时，Skyrmion以相当快的速度移动。它们的拓扑电荷导致额外的横向偏转，称为Skyrmion霍尔效应（SkHE）。虽然有希望，他们的动态现象与电流，skyrmion大小，几何效应和混乱仍有待建立。在这里，我们报告的合奏动力学的个人skyrmions形成密集的阵列在Pt/Co/MgO线通过检查超过20,000个实例的运动电流和字段。skyrmion速度达到24米/秒的塑性流动状态，是令人惊讶的位置和大小的变化是强大的。同时，SkHE在$\sim 22^\circ$处饱和，基本上被线边缘重塑，并且随着skyrmion尺寸而关键地微弱地增加。粒子模型模拟表明，SkHE大小的依赖性-相反的分析预测-产生的内在和钉扎驱动效应的相互作用。这些结果建立了一个强大的框架，利用SkHE和实现高吞吐量的skyrmion运动线设备。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally stable magnetic skyrmions in multilayer synthetic antiferromagnetic racetracks
磁skyrmion是一种拓扑磁化结构，具有纳米尺寸和明确的旋转自旋分布，预计将成为新型skyrmion基器件应用的重要组成部分。研究了有限温度下多层合成反铁磁（SAF）轨道和单层铁磁（FM）轨道中磁skyrmions的运动。在Skyrmion霍尔效应（SkHE）中，FM组分层数存在奇偶效应。也就是说，由于SkHE的抑制，磁性skyrmion在填充有均匀FM层的多层SAF轨道中没有横向运动。结果表明，即使在室温下（$T=300$ K），双层SAF赛道中的运动磁skyrmion是稳定的，但在$T=100$ K在单层FM赛道中，它被破坏。我们的研究结果表明，SAF结构是可靠的和有前途的候选人，为未来的应用在skyrmion电子学和skyrmion自旋电子学。
2016-07-22 cond-mat.mes-hall
Observation by SANS and PNR of pure Néel-type domain wall profiles and skyrmion suppression below room temperature in magnetic [Pt/CoFeB/Ru]$_{10}$ multilayers
本研究利用PNR和SANS技术研究[Pt/CoFeB/Ru]₁₀多层膜的磁织构，证实室温下存在纯奈尔型磁缠绕，发现250K以下斯格明子因有效磁各向异性升高被抑制，为斯格明子自旋电子器件研发提供微观依据。
2024-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant properties of dipole skyrmions in amorphous Fe/Gd multilayers
采用铁磁共振测量方法研究了Fe/Gd多层膜中偶极skyrmions的动态响应，并与微磁学模拟结果进行了比较。我们详细的厚度和温度依赖的研究所观察到的模式，以及磁场的历史上的共振谱的影响。的模式和磁相位图构建从真实空间成像和散射图案之间的相关性，使我们能够得出结论的共振模式产生的局部拓扑功能，如偶极skyrmions，但不依赖于集体响应的这些手性纹理的一个封闭的包装晶格。使用，微磁建模，我们能够定量地再现我们的实验观察，这表明存在本地化的自旋波模式，依赖于螺旋的偶极skyrmion。我们确定了四个本地化的自旋波激发的skyrmions，无论是在平面内或平面外的r.f.领域的最后，我们表明，偶极skyrmions和非手征泡域表现出定性不同的本地化自旋波模式。
2017-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant dynamics of skyrmion lattices in thin film multilayers: Localised modes and spin wave emission
磁skyrmions在微波场激发下的光谱特征是一个基本的兴趣，可以是一个资产的高频应用。这些拓扑孤子可以在多层薄膜中定制，但它们的自旋波动力学的实验观察仍然是难以捉摸的，特别是由于大阻尼。在这里，我们研究Pt/FeCoB/AlO $_x$多层膜托管密集和强大的skyrmion晶格在室温下与吉尔伯特阻尼$\sim 0.02$。我们使用磁力显微镜来观察它们的静态磁相，并使用宽带铁磁共振来探测它们的高频响应。微磁模拟再现实验的准确性，并使我们能够识别不同的共振模式中检测到的skyrmion晶格相。低频（$<$ 2 GHz）和中频（$2-8$ GHz）模式涉及与均匀背景磁化的旋进相结合的定域到skyrmion边缘的激发，而高频（$>$ 12 GHz）模式对应于同相skyrmion核心旋进，发射自旋波到均匀背景中，其波长在50- 80 nm范围内，与晶格结构相称。这些发现可能有助于研究室温波散射和实现新的微波处理方案的可重构阵列的孤子。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oscillations of skyrmion clusters in Co/Pt multilayer nanodots
在这项工作中，我们研究了在多层纳米点的skyrmion核心的振荡作为系统中的skyrmion托管的数量的函数。当纳米点中的所有skyrmion具有相同的核心半径时，并且在施加垂直自旋极化电流之后，发生朝向平衡配置的弛豫过程，该平衡配置伴随着skyrmion核心的相干阻尼振荡，其频率取决于存在于纳米点中的skyrmion的数量。此外，我们发现振荡频率与系统的总能量直接相关。
2020-07-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Current-induced dynamics of skyrmion tubes in synthetic antiferromagnetic multilayers
拓扑自旋织构在二维和三维纳米结构中都可以发现，这对高级自旋电子学应用具有重要意义。在这里，我们报告的三维合成反铁磁（SyAF）双层和多层纳米结构中的电流诱导Skyrmion管动力学。结果表明，采用较薄的亚层Skyrmion构成的SyAF Skyrmion管在运动过程中具有较好的稳定性，从而保证了在较大的驱动电流下能够有效地获得较高的速度。在具有给定总厚度的SyAF多层中，电流引起的SyAF skyrmion管的变形随着界面数量的增加而减小;即，具有给定厚度的SyAF skyrmion管的刚度随着铁磁（FM）层的数量而增加。对于FM层数为偶数的SyAF多层膜，当所有FM层的厚度相同时，Skyrmion霍尔效应可以被消除。阻尼参数越大，SyAF Skyrmion管的变形越小，运动速度越慢。较大的类场力矩导致SyAF Skyrmion管的较大变形和较高速度。我们的结果有助于理解三维拓扑自旋织构的动力学行为，并可能为构建SyAF自旋电子器件提供指导。
2021-05-07 cond-mat.mes-hall
Bi-stability of magnetic skyrmions in ultrathin multilayer nanodots induced by magnetostatic interaction
我们报告的模拟结果的磁skyrmion稳定性的双磁性多层纳米点与界面Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用（ESTA）。我们发现，在存在的横向约束的静磁能显着影响的skyrmion的稳定性，并导致稳定的大半径skyrmion，即使在较低的值的磁感应强度，除了小半径skyrmion稳定的磁感应强度。特别地，在偶极耦合的（Pt/Co/Ir）$_{n}$圆形纳米点中发现具有两个不同半径的skyrmion状态的稳定化（双稳定性），其中单位晶胞的重复数$n$ = 3和5。双稳定性范围位于0.9-1.1 mJ/m $^2$的双稳态强度处或位于2.2-2.6 nm的总Co层厚度处。
2017-08-03 cond-mat.mes-hall
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 collapsing dynamics of skyrmions in magnetic multilayers
本研究探讨了磁性多层膜中纯Néel与混合斯格明子在垂直磁场下截然不同的坍缩动力学，揭示了其与三维自旋结构的关联，为斯格明子类型识别与特定应用提供了依据。
2023-03-10 cond-mat.mes-hall
Magnetic Bloch-point hopping in multilayer skyrmions and associated emergent electromagnetic signatures
磁性多层膜是一种很有前途的室温以上磁性Skyrmions可调谐系统。揭示其有趣的开关机制和相关的内在电响应是开发skyrmionic器件的先决条件。在这项工作中，我们从理论上证明了通过多层结构发生的单个skyrmions的湮灭，这是介导的拓扑刺猬奇点称为布洛赫点的跳跃动力学。布洛赫点的层内动力学主要受Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的影响，其传播可以在附近产生螺线管形的突发电场。此外，由于自旋织构的拓扑结构可以支配其新兴的磁性，我们表明，通过多层的布洛赫点跳跃将调制相关的拓扑霍尔响应，与有效的拓扑电荷的大小成正比。我们还研究了这些状态的热力学稳定性的层依赖的磁性。这项研究揭示了基于skyrmion的自旋电子学的电磁特征，植根于磁性多层系统。
2021-06-29 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Observation of magnetic skyrmions in unpatterned symmetric multilayers at room temperature and zero magnetic field
磁性Skyrmions由于其小尺寸和拓扑保护结构，是下一代自旋电子器件的有希望的候选者。在应用中使用这些磁状态的一个挑战在于控制通常需要外力的成核过程和稳定。在这里，我们报告的证据skyrmions在未图案化的对称的Pd/Co/Pd多层膜在室温下，没有事先申请的电流，也没有磁场。通过减小铁磁层间厚度，调谐的物理性质的铁磁/非磁性界面引起的蠕虫状域图案的过渡到孤立的skyrmions所示的磁力显微镜。在直接比较的测量和模拟的skyrmions的大小，定量的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iqs）的估计，揭示孤立的skyrmions只是稳定在零磁场的iqs值低。我们的研究结果提供了新的见解对使用稳定的skyrmions的室温设备在名义上对称的多层膜。
2018-10-18 cond-mat.mes-hall
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
Electrical signature of individual magnetic skyrmions in multilayered systems
磁性skyrmions是拓扑保护的旋转自旋纹理，可以稳定在磁性材料中，其中存在手性相互作用。它们有限的尺寸加上它们对外部扰动的鲁棒性，使它们成为新一代存储器和逻辑器件中的最终磁性存储位。尽管在电信号中有许多磁skyrmions签名的例子，但只有低温测量，主要是在具有B20晶体结构的磁性材料中，证明了skyrmions对电输运性质的贡献。利用磁力显微镜（MFM）和霍尔电阻率测量相结合，我们演示了在室温（RT）下多层薄膜中亚100 nm skyrmion的电检测。进一步分析了主要由反常霍尔效应贡献的单个Skyrmion的室温霍尔信号。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Effect of inter-layer spin diffusion on skyrmion motion in magnetic multilayers
众所周知，由于自旋-霍尔效应，可以使用自旋-轨道力矩来驱动Skyrmions。在这里，我们显示了额外的贡献，在多层堆栈中产生的垂直自旋电流由于层间扩散的自旋积累在skyrmion。这种额外的界面自旋力矩在形式上类似于面内自旋转移力矩，但在超薄膜中显著增强，并且作用方向与电子流相反。这种扩散的自旋扭矩和自旋轨道扭矩的组合结果在skyrmion运动，这有助于解释观察到的小skyrmion霍尔角，即使与中等的磁化阻尼值。进一步研究了材料缺陷对阈值电流和Skyrmion霍尔角的影响。地形表面粗糙度，小到一个单一的单层变化，被证明是一个重要的影响因素，在超薄膜，从而与实验观察结果吻合良好。
2019-03-22 cond-mat.mes-hall
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
A microwave field-driven transistor-like skyrmionic device with the microwave current-assisted skyrmion creation
磁性Skyrmion是纳米尺度上具有拓扑保护的畴壁结构，可以作为高级自旋电子器件的基本构件。在这里，我们提出了一个微波场驱动的skyrmion器件与晶体管的功能，在电压门控铁磁纳米轨道的skyrmion的运动进行了研究，通过微磁学模拟。结果表明，微波场可以通过激发自旋波来驱动Skyrmion的运动，并且Skyrmion的运动可以由门电压控制。我们还研究了微波电流辅助的skyrmion的创建，以方便操作的晶体管的skyrmionic设备上的源端。结果表明，适当频率的微波电流可以降低从铁磁背景中产生Skyrmion所需的阈值电流密度。所提出的类似晶体管的skyrmion器件在微波场和电流下工作，对于构建未来的基于skyrmion的电路可能很有用。
2017-10-03 cond-mat.mes-hall
Diameter-independent skyrmion Hall angle in the plastic flow regime observed in chiral magnetic multilayers
磁性Skyrmions是拓扑学上非平凡的纳米级物体。它们的拓扑结构起源于它们的手性畴壁缠绕，支配着它们对运动诱导力的独特响应。当受到电流时，自旋织构的手性缠绕导致skyrmion轨迹的偏转，其特征在于相对于所施加的力方向的角度。这个Skyrmion Hall角被认为是Skyrmion直径相关的。与此相反，我们的实验研究发现，在塑性流动制度的Skyrmion霍尔角是直径无关的。在平均速度为6 $\pm$ 1 m/s时，测得平均Skyrmion Hall角为9° $\pm$ 2°。事实上，在塑性流动区，skyrmion动力学是由当地的能源景观，如材料缺陷和当地的磁位形。
2019-08-12 cond-mat.mes-hall
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
Stabilizing zero-field skyrmions in Ir/Fe/Co/Pt thin film multilayers by magnetic history control
利用一阶折射率曲线（FORC）技术和磁力显微术（MFM）研究了[Ir/Fe/Co/Pt]薄膜多层膜中室温Skyrmion的稳定性。FORC图揭示了磁场反转时磁化强度的不可逆变化，这与MFM探测的局部磁织构的演变有关。使用这种方法，我们已经确定了两种不同的机制-（1）skyrmion合并和（2）skyrmion成核后的条纹传播-这有利于磁化反转在一个不断变化的磁场。在FORC图中分析这些机制的签名使我们能够识别磁“历史”-即前兆场扫描协议-能够提高最终的零场skyrmion密度。我们的研究结果表明，FORC测量可以发挥有用的作用，在薄膜多层膜的自旋拓扑结构的特征，特别适合于识别样品中的skyrmion人口可以稳定在零场。
2019-02-23 cond-mat.mes-hall
Room temperature skyrmions at zero field in exchange-biased ultrathin films
我们证明了在室温和零外部磁场下，在交换偏置的Pt/Co/NiFe/IrMn多层膜中，平均直径约为60 nm的磁skyrmions可以稳定存在.这是通过对多层堆叠组合物的先进优化来实现的，以便平衡控制skyrmion尺寸和稳定性的不同磁能。磁成像是用磁力显微镜和扫描氮空位磁力测定法进行的，后者在零外部磁场下提供明确的测量。在这样的样品中，我们表明，交换偏置提供了一个免疫力的skyrmion自旋纹理适度的外部磁场，在几十mT的范围内，这是一个重要的功能，作为存储设备的应用程序。这些结果建立交换偏置多层堆叠作为一个有前途的平台，有效地实现基于磁skyrmions的存储器和逻辑器件。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Crystal in a Microwave Field
本研究通过经典自旋模型计算了二维铁磁薄膜中斯格明子晶格在微波场下的模式频率与阻尼，发现共振微波引起磁化强度的拉比振荡，并观察到单阶段熔化转变。
2025-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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$n_…
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Discrete Hall resistivity contribution from Néel skyrmions in multilayer nanodiscs
磁性Skyrmions是类结准粒子。它们是非易失性数据存储的候选者，在非易失性数据存储中，信息在固定的读写终端之间移动。基于skyrmion的自旋电子器件的读出操作将依赖于纳米结构内单个磁性skyrmion的电检测。在这里，我们提出了Pt/Co/Ir纳米盘，支持skyrmions在室温下。我们测量的霍尔电阻率，同时使用磁扫描透射X射线显微镜（STXM）的自旋纹理成像。霍尔电阻率与Skyrmion的存在和大小相关。当对整个盘上的磁化进行平均时，尺寸相关部分与预期的异常霍尔信号相匹配。我们观察到的电阻率的贡献，这只取决于在光盘中存在的天体的数量和符号。每个Skyrmion产生22个$\pm$ 2 nΩ cm，与其大小无关。这种贡献需要考虑在所有的电子检测计划适用于skyrmion为基础的设备。
2018-08-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Synthetic Skyrmion Platform with Robust Tunability
磁性Skyrmions是一种拓扑非平凡的自旋结构，在铁磁耦合多层膜中的磁性Skyrmions是无序排列的。在这些多层膜中，重金属间隔层提供了一个界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction），以牺牲层间交换耦合（IEC）为代价来稳定skyrmions。为了满足有序/可设计安排的功能要求，在这项工作中，我们提出并实验证明了一个方案的skyrmion成核使用纳米结构的合成反铁磁（SAF）多层膜。SAF多层膜中的反铁磁IEC取代了反铁磁IEC，实现了Skyrmions的成核和稳定作用。IEC诱导的skyrmions被确定为直接成像与MFM和证实的磁强计和磁阻测量以及微磁模拟。此外，建议skyrmion成核方案的鲁棒性进行了检查对温度（从4.5到300 K），设备尺寸（从400到1200 nm），和不同的晶格设计。因此，我们的研究结果提供了一个合成的skyrmion平台，满足磁振子和自旋电子学应用的功能需求。
2019-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Temperature gradient-driven magnetic skyrmion motion
由于skyrmions作为信息载体和非常规计算的潜在应用，skyrmions的静态和动态特性最近受到越来越多的关注。虽然电流驱动的动力学已经在理论和实验上进行了深入的探索，但温度梯度诱导的动力学理论- Skyrmion-Caloritronics -仍处于发展的早期阶段。在这里，我们提出的主题，确定由于磁参数的温度依赖性的熵转矩的作用。我们的研究结果表明，skyrmions移动到更高的温度在单层铁磁体与界面Dzyaloshinski-Moriya相互作用，而在多层，他们移动到较低的温度。我们的分析和数值计算表明，相反的行为是由于不同的材料参数的标度关系，以及不可忽略的静磁场梯度在多层膜。我们还发现了一个空间依赖的Skyrmion霍尔角在多层托管混合Skyrmion由于厚度依赖的手征的变化，作为Skyrmion沿着温度梯度移动。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall
Ultrafast manipulation of magnetic skyrmions by microwave fields
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）；Center for Quantum Matter, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院量子物质研究中心）
本文研究了由圆极化微波诱导的反法拉第效应驱动的磁Skyrmion惯性动力学，通过在Thiele方程中引入惯性质量项，并解析推导出微波诱导的磁场和力，揭示了连续波与脉冲激发下的不同动态模式，展示了Skyrmion惯性如何使轨迹从平滑螺旋变为多边形轨道，并揭示了系统固有弛豫动力学。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Local control of magnetic interface effects in chiral Ir$|$Co$|$Pt multilayers using Ga$^{+}$ ion irradiation
Skyrmions是拓扑保护的手性自旋织构，在未来的自旋电子学应用中显示出作为数据载体的前景。它们可以通过具有反转不对称性和自旋轨道耦合的材料系统（例如Ir $|$ Co $|$ Pt多层膜）中的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iH 2）来稳定。局部调节这种界面相互作用的能力，以及因此调节skyrmion能量的能力，可以极大地增强跑道型器件中skyrmion的成核和控制。在这项工作中，我们研究了局部调谐的电流和垂直磁各向异性（PMA）使用聚焦Ga $^{+}$离子束照射，在Ir $|$ Co $|$ Pt多层膜系统。我们表明，这两种效果的界面贡献的幅度可以显着减少与Ga $^{+}$离子的照射。这导致畴壁能量密度减小两倍，同时仍然保持畴壁的Néel特征。因此，我们假设Ga $^{+}$离子辐照是局部降低Skyrmion成核能垒的有效方法，为赛道型器件中的靶向Skyrmion成核提供了一种新的途径。
2021-10-04 cond-mat.mes-hall
X-ray holography of skyrmionic cocoons in aperiodic magnetic multilayers
利用X射线全息术研究非周期磁性多层膜中skyrmionic cocoons的3D特性，揭示了其在不同高度间的相互作用及室温下约100 nm的平均直径，结合磁力显微镜与微磁模拟证实其三维本质。
2023-02-06 cond-mat.mes-hall
Selective Activation of an Isolated Magnetic Skyrmion in a Ferromagnet with Microwave Electric Fields
我们从理论上揭示了一个孤立的磁性skyrmion嵌入在铁磁环境中的纯本征模可以选择性地激活微波电场，而不会激发巨大的铁磁共振，在传统的方法使用微波磁场。我们还表明，这种选择性激活的skyrmion可以有效地驱动其在铁磁纳米轨道的应用程序下的外部磁场从正常方向倾斜的平移运动。我们发现，呼吸和旋转振荡相结合的模式比Wang等人先前研究的呼吸模式引起更快的skyrmion传播[Phys. Rev. B 92，020403（R）（2015）]。
2018-10-03 cond-mat.mes-hall
Skyrmion stacking in stray field-coupled ultrathin ferromagnetic multilayers
New Jersey Institute of Technology（新泽理工学院）；University of Bristol（布里斯托大学）；Université de Toulouse, CNRS（图卢兹大学，法国国家科学研究中心）；Università di Pisa（比萨大学）
本文研究了具有磁Skyrmion的铁磁多层异质结构的能量景观，通过微磁学建模框架推导出能量泛函，并证明了在特定条件下存在能量最小解。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
Skyrmions in Magnetic Multilayers
在凝聚态物理中，对称性破缺与强自旋轨道相互作用共同引起了许多令人兴奋的物理现象。最近的一个例子是手性自旋纹理的存在，这是在缺乏反演对称性的磁性系统中观察到的。这些手性自旋纹理，包括畴壁和磁skyrmions，都是从根本上有趣的和技术上有前途的。例如，它们可以被电流非常有效地驱动，并表现出许多由其实空间拓扑特征决定的新物理特性。根据竞争相互作用的细节，这些自旋纹理存在于不同的参数空间中。然而，其物理行为背后的管理机制基本上保持不变。在这篇综述文章中，这些手性自旋纹理的基础拓扑物理，材料优化的关键因素，以及当前的发展和未来的挑战将被讨论。最后，将突出几个有前途的方向，将推进基于skyrmion的自旋电子学的发展。
2017-08-05 cond-mat.mes-hall
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
Bias-Engineered Synthetic Antiferromagnets Hosting sub-20 nm Zero-Field Skyrmions at Room Temperature
Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科技研究所）；Politecnico di Bari（巴里理工大学）；University of Basel（巴塞尔大学）；University of Messina（墨西拿大学）
通过引入新型SAF偏置系统，在零磁场下稳定铁磁Skyrmion和SAF Skyrmion，实现亚20纳米的最小SAF Skyrmion观测，为未来Skyrmion多层结构提供稳健可扩展的偏置方案。
2026-05-08 cond-mat.mes-hall
Global Rotation of Skyrmion Bags under Vertical Microwave Fields
本文通过计算研究垂直微波场驱动下斯格明子袋的全局旋转，揭示其源于内外斯格明子异步呼吸的相位差，并发现较大斯格明子数更易诱发旋转。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall
Current-Driven Skyrmion Dynamics and Drive-Dependent Skyrmion Hall Effect in an Ultrathin Film
磁性skyrmions是手征自旋纹理，持有作为纳米级信息载体的巨大希望。自从他们在室温下首次观测以来，在电流诱导操纵方面取得了进展，在杂散场耦合多层膜中报道了快速运动。然而，复杂的自旋纹理与混合手性和大的功耗在这些多层膜限制了他们的实际实施和基本了解其动力学。在这里，我们报告的电流驱动的运动的Néel skyrmions直径在100 nm的范围内的Pt/Co/MgO三层。我们发现，这些skyrmion可以驱动速度为100米/秒，并表现出驱动依赖的skyrmion霍尔效应，这是占钉扎效应。我们的实验得到了很好的证实的分析模型的skyrmion动力学以及微磁模拟，包括材料的不均匀性。这种良好的协议是由简单的skyrmion自旋结构，在我们的系统和一个彻底的表征其静态和动态特性。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Creation of nanometric magnetic skyrmions by global application of circularly polarized microwave magnetic field
从理论的角度来看，我们证明了纳米磁性skyrmions创建的应用程序的圆偏振微波磁场的薄板Dzyaloshinskiii-Moriya铁磁体与制造的矩形孔。这种现象是由于旋转磁场产生的垂直于微波极化平面的有效稳定磁场和空穴结构引起的该磁场激发的自旋波的强烈干涉引起的，这引起局部磁化的反转并导致Skyrmion的形成。我们的建议提供了一个新的选择，写或创建的磁纹理的大小是远远小于外部刺激，如磁场，光，微波的斑点大小。
2020-03-16 cond-mat.mes-hall
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
Resonance modes and microwave driven translational motion of skyrmion crystal under an inclined magnetic field
我们从理论上研究了在外加磁场的作用下，薄板样品上Skyrmion晶体的微波激活共振模式，该磁场与Skyrmion平面垂直。除了众所周知的呼吸模式和两种旋转模式之外，我们还发现了新的共振模式，可以将其视为呼吸模式和旋转模式的组合。受Wang $et$ $al.$ [Phys. Rev. B { \bf 92}，020403（R）（2015）.]的先前理论工作的启发，证明了在倾斜磁场下由呼吸模式激发驱动的Skyrmion传播，我们使用微磁模拟研究了由这些共振模式驱动的Skyrmion晶体的传播。我们发现，传播的方向和速度取决于激发模式。此外，它被发现，一个模式与占主导地位的逆时针旋转组件驱动更快的传播的skyrmion晶体比以前研究的呼吸模式。我们的研究结果使我们能够进行有效的操纵skyrmions在纳米尺度的设备或磁性材料具有强的单轴磁各向异性，如GaV $_4$ S $_4$和GaV $_4$ Se $_4$，使用微波辐射。
2018-11-15 cond-mat.mes-hall
Microwave-induced dynamic switching of magnetic skyrmion cores in nanodots
通过求解经典自旋模型下的Landau-Lifshitz-Gilbert方程，数值研究了圆形纳米点中磁性skyrmion的非线性动力学行为.我们表明，skyrmion核心逆转可以在纳秒内实现使用垂直振荡磁场。两个对称的切换过程，对应于呼吸模式和混合模式（呼吸模式和径向自旋波模式的组合）的激发被识别。为了激发呼吸模式，skyrmion核心通过从瞬态均匀状态成核新核心来切换。在混合模式中，skyrmion核心在边缘和核心区域激发的自旋的帮助下发生反转。与磁涡旋核反转不同，径向自旋波的激发并不主导Skyrmion核反转过程。
2015-03-10 cond-mat.mes-hall
Tailoring Optical Excitation to Control Magnetic Skyrmion Nucleation
在铁磁多层膜中，具有高于光学成核阈值的能量密度的单个激光脉冲可以产生随机分布在激光光斑区域上的磁skyrmion。然而，为了研究skyrmion的动力学及其在未来数据技术中的应用，skyrmion成核位点的可控定位是至关重要的。在这里，它表明，图案化的反射掩模后面的薄磁膜可以被设计为局部定制的光激发振幅达到，导致空间控制的skyrmion成核在纳米尺度上。使用X射线显微镜，纳米图案化的背面铝掩模上的光激发的影响进行了研究，在两个样品的几何形状与不同的层序列的基板和磁性Co/Pt多层。令人惊讶的是，当改变这个顺序时，掩模对抑制或增强skymion成核的作用逆转。此外，光学近场增强还影响有核skyrmions的空间排列。激光激发的空间调制的模拟，以及随后的热传递在两个样品的几何形状的界面来解释这些观察。结果表明，一个可靠的方法来添加纳米尺度的空间控制超快时间尺度上的光致磁化过程。
2022-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
