Spin-Wave Spectrum in Magnetic Nanodot with Continuous Transition between Vortex, Bloch-type Skyrmion and Néel-type Skyrmion States
我们研究了在不同的非均匀的，拓扑非平凡的磁化状态，特别是涡旋和skyrmion状态的圆形铁磁纳米点的自旋波激发。平面外磁各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用的强度的逐渐变化导致不同稳定磁配置之间的连续相变，并允许在涡旋、布洛赫型skyrmion和Néel型skyrmion状态中和之间映射动态自旋模式。我们的研究阐明了在各种稳定磁化状态下旋向模、方位角自旋波和呼吸模之间的联系，有助于理解Skyrmion背景下丰富的自旋激发谱。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall
Dynamics of a magnetic skyrmionium in an anisotropy gradient
磁性Skyrmionium是一种由两个Skyrmion数相反的Skyrmion组成的零Skyrmion数的磁化组态。在这里，我们研究了各向异性梯度下的Skyrmionium的动力学。我们发现Skyrmionium能被各向异性梯度有效地驱动，并沿梯度方向直线运动。Skyrmion的Hall角接近于零，比Skyrmion的Hall角小得多。而速度要大得多。我们还证明了skyrmionium的运动依赖于阻尼系数，运动中的skyrmionium稳定性可以通过缩小纳米线的宽度来调制。我们的工作为Skyrmionium的驱动提供了一种有效的方法，这在Skyrmionium赛道存储器的应用中可能是有前途的。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Double bit in-plane magnetic skyrmions on a track
磁skyrmion通常是指在均匀磁化状态的背景下，由均匀排列的面外自旋包围的扭曲自旋织构。磁性skyrmion的不变性在自旋纹理的任何连续变换下保持其拓扑电荷，导致代表磁性skyrmion的纹理对外部扰动的鲁棒性，使其成为理想的使用skyrmion作为。理想的信息载体需要这样的行为。迄今为止，大多数磁skyrmion研究都集中在垂直磁化系统中，其中skyrmion拓扑数由skyrmion的核心和/或外部垂直磁化方向之间的相对取向决定，要么向上/向下，要么向下/向上。在这里，我们表明，也存在一种新的类型的磁skyrmion周围的自旋是均匀对齐的面内方向。通过对面外skyrmion自旋织构的连续变换和弛豫，我们证明了面内skyrmion也是可能的，其中背景磁化在面内方向。与传统的垂直磁化的Skyrmion不同，具有相反符号拓扑电荷的面内磁Skyrmion可以在面内磁化系统中固有地共存。此外，带相反电荷的面内skyrmions可以在电流作用下一起运动，并表现出相反自旋的霍尔效应。这些发现证明了在垂直磁化系统中不可能实现的单根磁线中双比特传输的内在可能性。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall
Magnetostatics of Magnetic Skyrmion Crystals
磁性Skyrmion晶体是在具有Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的手征铁磁材料中产生的拓扑磁性织构。本文首次用微磁学模拟方法研究了磁性Skyrmion晶体产生的静磁场。对于Néel型Skyrmion晶体，场将在晶面的一侧消失，这取决于螺旋度;而对于布洛赫型Skyrmion晶体，场将分布在两侧，并且对于两个螺旋度是相同的。这些特征和静磁场的对称性关系可以从杂化三Q态的标量磁势和矢量磁势得到理解。讨论了利用磁性Skyrmion晶体与手征铁磁层的叠层结构在纳米尺度上构建静磁场的可能性，并对利用磁矩捕获和操纵中性原子具有潜在的应用前景。
2017-12-17 cond-mat.mes-hall
Stabilization and helicity control of hybrid magnetic skyrmion
本研究采用解析模型与微磁模拟，探究二维磁性系统中混合斯格明子的稳定化与螺旋度控制，揭示了DM相互作用与偶极相互作用的影响机制，并给出钴基系统中其存在的参数范围。
2024-01-22 cond-mat.mes-hall
Dipolar-drift and collective instabilities of skyrmions in crossed nonuniform electric and magnetic fields in a chiral magnetic insulator
在点粒子Skyrmions近似下研究了多铁性绝缘体中的Skyrmions动力学，其中螺旋磁结构伴随有限电偶极矩。研究了在垂直磁场和电场梯度中Skyrmion的运动。具有固定梯度大小的非均匀磁场导致螺旋运动，其中Skyrmion在垂直于磁场方向的平面内循环。循环的频率由外部磁场的导数和偶极矩的大小固定。外加垂直于磁场、但梯度方向相同的电场，使skyrmions发生漂移运动，产生磁偶极霍尔效应。交叉非均匀电场和磁场中相互作用Skyrmions气体的流体动力学研究表明，漂移运动引起了一种新的流体动力学不稳定性。三个制度的不稳定性进行了说明。
2019-11-10 cond-mat.mes-hall
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
Edge states and skyrmion dynamics in nanostripes of frustrated magnets
磁skyrmions是最近在手征磁体中发现的类粒子拓扑激发。它们的小尺寸，拓扑保护和容易被电流操纵，这些都使人们对使用skyrmions进行信息存储和处理产生了极大的兴趣。最近，有人提出，具有额外自由度的skyrmions可以存在于磁阻挫材料中。在这里，我们表明，动态的skyrmions和antiskyrmions在纳米条纹的受抑磁体的强烈影响，在条纹边缘形成的复杂的自旋状态。这些状态创建多个边缘通道，引导skyrmion运动。边缘态的非平凡拓扑结构产生了复杂的电流诱导动力学，例如Skyrmion-antiskyrmion对的发射。边缘态拓扑可以通过磁性纳米结构的边缘之间的skyrmions和antiskyrmions的交换用电流控制。这些结果可以导致概念上新的电子设备。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall
Magnetic Skyrmions in FePt Square-Based Nanoparticles Around Room-Temperature
采用微磁学模拟方法研究了具有垂直磁晶各向异性（MCA）的正方形平行六面体磁性FePt纳米颗粒在室温附近的磁化反转过程中形成的磁skyrmions。采用有限差分法求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程。探测到了显示Néel skyrmionic形成的磁性配置。通过改变外磁场、长方体磁性纳米粒子的边长和宽度，可以在不同的体系中产生磁性Skyrmions。微磁配置揭示了各种状态，其中包括skyrmion纹理与一个独特的skyrmion形成，并在室温附近的一系列外部场稳定。所形成的Néel skyrmion的尺寸被计算为外场、温度、MCA和纳米颗粒的几何特征长度的函数，其可以被调节以根据需要产生直径低至12 nm的Néel型skyrmion。微磁学模拟表明，在270 - 330 K的温度范围内，可以为缺乏手性相互作用的FePt磁性纳米颗粒系统（如Dzyaloshinskiii-Moriya）创建稳定的skyrmions。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall
Asymmetric isolated skyrmions in polar magnets with easy-plane anisotropy
我们介绍了一类新的孤立的磁skyrmions出现在倾斜的铁磁相的极性磁铁与易平面各向异性。这些skyrmions的非对称磁结构与复杂的模式的能量密度，表现出积极和消极的渐近相对于周围的状态与铁磁矩倾斜远离极轴。相应地，Skyrmion-Skyrmion相互作用具有各向异性特征，并且可以是吸引的或排斥的，这取决于Skyrmion对的相对取向。我们调查这些新的非对称skyrmions对椭圆锥状态的稳定性，并按照他们的转变成轴对称skyrmions，当主相的倾斜铁磁矩减少。我们的理论为孤立的非对称Skyrmions及其嵌入倾斜铁磁相的团簇的实验研究提供了明确的方向。
2017-04-01 cond-mat.mes-hall
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
Field and anisotropy driven transformations of spin spirals in cubic skyrmion hosts
我们讨论了体手性磁体如MnSi和Cu $_2$ OSeO $_3$中螺旋态的独特特征，这些特征源于立方磁晶各向异性的影响。首先，在螺旋到圆锥和圆锥到铁磁的转变中，分别发生在H $_{c1}$和H $_{c2}$，立方各向异性导致螺旋波矢量的可逆或不可逆的跳跃式重新取向。易和硬各向异性轴之间的微妙的相互作用引起的椭圆扭曲的锥形状态之间的相变几乎没有任何可检测到的周期变化。我们发现，在现场立方和交换各向异性项之间的竞争也可以导致斜螺旋状态。我们的工作为进一步的实验研究提供了明确的方向，以揭示理论预测的螺旋态在立方helimagnets超出上述既定的状态，因此，可以帮助理解这些原型skyrmion主机的磁相图。此外，我们发现，孤立的skyrmion的属性，如skyrmion间的吸引力，取向和/或成核也植根于主机螺旋状态的属性，其中skyrmion是稳定的。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall
Magnetic Skyrmions in Condensed Matter Physics
Skyrmions最初是在粒子物理学中引入的，作为解释粒子稳定性的可能机制。最近，这个概念被应用于凝聚态物理中，用来描述新发现的被称为磁Skyrmions的拓扑保护磁结构。这篇初步的评论介绍了适合物理初学者的概念。
2020-05-15 cond-mat.mes-hall
All-magnetic control of skyrmions in nanowires by a spin wave
磁性skyrmions是拓扑保护的纳米尺度物体，是新型磁性和自旋电子器件的重要组成部分。在这里，我们研究了磁纳米线中自旋波驱动的skyrmion的动力学。结果表明：（i）skyrmion先加速，然后指数减速;（ii）它可以左右转弯;（iii）当skyrmion数为正（负）时，它总是向左（右）转弯.我们的结果将是自旋波驱动的Skyrmionic器件的基础。
2015-08-27 cond-mat.mes-hall
RKKY-like interactions between two magnetic skyrmions
School of Science and Engineering, Chinese University of Hong Kong (Shenzhen)（香港中文大学（深圳）理工学院）；Institute for Advanced Study in Physics, Zhejiang University（浙江大学物理高等研究院）
本研究揭示了Skyrmion之间的RKKY类相互作用，具有各向异性与周期性振荡特性，为Skyrmion超结构设计提供了新原理。
2026-01-25 cond-mat.mes-hall
Continuous Nucleation Dynamics of Magnetic Skyrmions in T-shaped Helimagnetic Nanojunction
磁skyrmions是存在于螺旋材料中的具有拓扑结构保护的自旋织构，它可以作为自旋电子学中非易失性存储器和逻辑电路的信息载体。寻找简单、可控的方法制备孤立的磁性Skyrmions是进一步技术发展和工业设计的需要。基于微磁学模拟，我们表明，时间耗散结构可以在T形helmagnetic纳米结时，它是由一个恒定的自旋极化电流驱动到远离平衡制度。然后，在纳米结的周期性磁化动力学过程中，磁性skyrmions可以连续成核。我们系统地研究了电流密度、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用、外加磁场和热涨落对磁skyrmion成核动力学的影响。我们的研究结果表明，一种新颖的和有前途的机制，不断创造磁skyrmion的skyrmion为基础的自旋电子器件的发展。
2018-04-11 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
Phenomenology of current-skyrmion interactions in thin films with perpendicular magnetic anisotropy
研究了结构反转不对称性与膜面垂直的磁性薄膜中的Skyrmion。我们确定了一个单一的skyrmion的磁化织构和它的依赖Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用相对于静磁能的强度。在此基础上，我们建立了一个唯象模型，描述了自旋轨道耦合中最低阶的电流与skyrmions运动之间的相互作用。我们估计实验验证的速度为电流驱动的运动的skyrmion纹理的基础上获得的结果从畴壁动力学。
2013-10-29 cond-mat.mes-hall
Intrinsic skyrmions in monolayer Janus magnets
Skyrmion是一种具有保护拓扑结构的局域孤子自旋织构，在高密度、高能效的逻辑和存储器件中具有重要的应用前景。近年来，人们在磁性薄膜中发现了磁性skyrmions，并发现它们可以通过界面间的Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）和外部磁场来稳定。磁性单层材料中的特殊效应尚未得到深入研究。在这里，我们研究了一个家庭的单层Janus范德华磁体，MnSTe，MnSeTe，VSeTe，和MnSSe的内禀磁skyrmions，通过第一性原理计算结合微磁学模拟。具有面外几何非对称性和强自旋轨道耦合（SOC）的单层Janus MnSTe、MnSeTe和VSeTe具有大的内禀自旋角动量，这可以在零磁场下稳定单层MnSTe和MnSeTe中的亚50 nm内禀skyrmions。而易磁化轴在面内的单层VSeTe形成磁畴而不是skyrmions。此外，skyrmions的大小和形状可以通过外部磁场来调节。因此，我们的工作激发了一个新的远景，寻找内在的skyrmions在原子尺度的磁铁。
2019-10-30 cond-mat.mes-hall
Quantum Collapse of a Magnetic Skyrmion
本文研究了具有Dzyalishinskiii-Moriya（Dzyalishinskii-Moriya）相互作用的磁性薄膜中小Skyrmion的量子坍缩。我们用解析和数值方法研究了Skyrmion的能量和稳定性阈值，这些阈值由外磁场、外磁场和原子晶格决定。导出了描述Skyrmion尺寸和手征角耦合动力学的拉格朗日量。运动方程具有一个瞬子解，对应于通过量子隧穿的Skyrmion underbarrier收缩与随后的崩溃和拓扑电荷的衰减。计算了磁膜中Skyrmion的隧穿率，讨论了观测到量子坍缩所需的条件。
2018-06-10 cond-mat.mes-hall
3D Analytical Model of Skyrmions and Skyrmion-like Structures in a Two-sublattice Antiferromagnet with Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
建立了描述具有单轴磁各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的双子格反铁磁体中Skyrmion和类Skyrmion磁结构的解析模型.在反铁磁体中，当Skyrmion速度小于自旋波速度时，证明了亚临界情形下Skyrmion尺寸沿运动方向的相对论收缩。在反铁磁体中，类Skyrmion磁结构以大于自旋波速度运动时，发现了类洛伦兹超临界转变。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall
Memory functions of magnetic skyrmions
手性磁体中的磁skyrmion是一种涡旋自旋织构，其特征在于：（i）纳米尺度（$\sim$ 1 nm-100 nm），（ii）拓扑稳定性，和（iii）陀螺动力学。这些特征被证明是有利的（a）高密度数据存储，（b）非易失性存储器，和（c）超低电流和能源成本操纵，分别。通过对Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟，针对Skyrmion存储器件的设计原则，论证了Skyrmion的基本功能。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall
Room Temperature Magnetic Skyrmions in Gradient-Composition Engineered CoPt Single Layers
本研究针对室温下纳米磁性斯格明子的稳定难题，通过组分梯度工程在CoPt单层中构建梯度DMI，成功观测到室温稳定的近似布洛赫型斯格明子，拓展了室温斯格明子材料体系。
2024-11-01 cond-mat.mes-hall
Formation of Néel Type Skyrmions in an Antidot Lattice with Perpendicular Magnetic Anisotropy
磁性Skyrmions是在具有面外各向异性的磁性薄膜中发现的类粒子手性自旋织构，被认为是下一代数据存储器件中潜在的信息载体。尽管对skyrmions的性质及其动态特性进行了深入的研究，但仍有几个关键挑战需要解决。特别是在室温下Skyrmion的可重复产生、稳定和限制。在这里，我们提出了一种方法，用于捕获纳米尺寸的磁性skyrmions在阵列的磁性拓扑缺陷的反点晶格的形式。利用微磁学模拟，我们阐明了反点晶格中skyrmion的形成，并表明捕获依赖于反点晶格参数。扫描透射X射线显微镜测量证实了这种行为。这一证明，一个磁性antidot晶格可以实现作为主机捕捉skyrmion和skyrmion为基础的设备的实验研究提供了一个新的平台。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall
Chiral spin structure of electron gas in systems with magnetic skyrmions
理论研究考虑了磁skyrmions在二维电子气（2DEG）中诱导的手征自旋织构。我们计算的电子气自旋密度作为一个线性响应之间的交换相互作用的2DEG和磁化场的磁性skyrmion。出现两种物理上不同的制度。当skyrmion的尺寸大于反费米波矢$k_F^{-1}$时，自旋密度响应遵循skyrmion的磁化曲线。在相反的情况下，一个小的skyrmion的新兴自旋结构的2DEG具有$k_F^{-1}$的特征尺寸和响应变得非本地，它可以被视为手征弗里德尔振荡。在那时候，振荡的新兴自旋结构似乎比skyrmion本身更复杂。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall
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
Magnetic Skyrmion Transport in a Nanotrack With Spatially Varying Damping and Non-adiabatic Torque
未来任何基于Skyrmion的信息处理设备都需要磁性Skyrmion的可靠传输。在这里，我们提出了一个微磁学研究的平面内电流驱动运动的skyrmion在铁磁纳米轨道空间正弦变化的吉尔伯特阻尼和/或非绝热自旋转移力矩系数。研究发现，由于纳米轨道中的吉尔伯特阻尼和非绝热自旋转移力矩的空间变化，skyrmion以正弦模式运动，这可以防止skyrmion霍尔效应对skyrmion的破坏.研究结果为Skyrmion自旋电子学应用中Skyrmion输运通道的设计和开发提供了指导。
2016-12-15 cond-mat.mes-hall
Current-induced skyrmion motion on magnetic nanotubes
磁性Skyrmions被认为是自旋电子学中最有希望的信息载体。然而，由于Skyrmion的非平凡拓扑结构所引起的Skyrmion霍尔效应会导致Skyrmion在器件边缘的积累甚至湮灭，这阻碍了Skyrmion的实际应用。在这项工作中，我们从理论上研究了电流驱动的磁纳米管，可以被视为“无边”的切向运动的skyrmion。通过微磁学模拟，我们发现skyrmion运动在纳米管上呈现螺旋轨迹，其轴向传播速度与电流密度成正比。有趣的是，skyrmion的环速度随着纳米管厚度的增加而增加。一个简单的解释。由于管是切向Skyrmion运动的无棱边，稳定的Skyrmion传播可以在非常大的电流密度存在下生存，而不会有任何湮灭或积累。我们的结果为克服平面几何中的边缘效应提供了一条新的途径。
2018-12-31 cond-mat.mes-hall
Tailoring the topological details of the magnetic skyrmion by the spin configuration at the edges
在具有强Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的手性磁体中可以形成磁skyrmion结构。在这项工作中，我们提出了一种方法，人工剪裁的skyrmion的拓扑细节，如其径向和旋转对称图案的外部磁场的CM板。只要边界磁场足够强以固定边界铁磁性，所获得的skyrmion轮廓随时间是稳定的。自旋的动力学被认为是通过数值求解非平衡Landau-Lifshitz-Gilbert方程。
2016-10-05 cond-mat.mes-hall
Dynamical magnetic skyrmions
自旋转移矩（STT）为磁性纳米器件提供了在超低电流和低能量成本下操作的存储器、计算和微波元件的潜力。自旋转移力矩不仅在操纵众所周知的磁性结构（例如畴壁和涡旋）方面有效，而且还可以使以前无法获得的纳米磁性物体（例如磁性液滴和skyrmions）成核。虽然液滴和skyrmion都是孤子，前者是固有的动态和非拓扑，而后者是静态的，但拓扑保护。在这里，我们表明，它是可以将这些属性结合到一个新的拓扑保护的动态skyrmion，它增加了额外的自由度，和功能，液滴和skyrmion为基础的应用程序。与静态Skyrmion不同，动态Skyrmion可以在没有Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）或偶极-偶极相互作用（dipole-dipole interaction，DDI）的情况下成核和维持，并且一旦成核，是与STT和阻尼无关的一般孤子解。在存在大的电子束的情况下，动态skyrmion经历强烈的呼吸，特别是基于skyrmion的存储器和微波应用的前景。
2014-09-18 cond-mat.mes-hall
Skyrmion Glass in a Disordered Magnetic Film
我们发现，在具有淬火无序的磁性薄膜中可以获得高浓度的斯基尔米恩。研究了具有铁磁交换、$J$和强度为$D_R \ll J$的随机磁各向异性的二维海森堡自旋系统。分析理论的平均skyrmion的大小对磁场$H$的依赖性，并为钉扎skyrmion的稳定性，是补充的数值研究的二维晶格包含高达40万自旋。在低场时，Skyrmion的平均尺寸$λ$由Imry-Ma畴的平均尺寸决定。随着磁场的增加，skyrmions首先收缩，伴随着$λ\propto D_R/H$，然后在分布在$H_c \propto D_R^{4/3}$周围的磁场处坍缩。斯凯尔米恩的浓度随着能量场的下降而下降，如$\exp[-(H/H_c)^{3/2}]$。
2017-10-29 cond-mat.mes-hall
Pinning and movement of individual nanoscale magnetic skyrmions via defects
磁skyrmions钉扎缺陷的理解是至关重要的未来自旋电子学应用的发展。虽然钉扎对于磁性skyrmions的精确定位是期望的，但是当它们要移动通过材料时是有害的。我们使用扫描隧道显微镜来研究原子尺度的缺陷和磁skyrmion之间的相互作用，只有几个纳米的直径。所研究的钉扎中心范围从单原子层内缺陷和吸附原子到吸附在我们模型系统表面的团簇。我们发现非常不同的钉扎强度，并确定首选位置的skyrmion。簇和skyrmion之间的相互作用可以是足够强的skyrmion遵循时，通过横向操纵与STM尖端移动整个表面的簇。
2016-01-20 cond-mat.mes-hall
Stabilization of Magnetic Skyrmions on Arrays of Self-Assembled Hexagonal Nanodomes for Magnetic Recording Applications
磁skyrmions是一种非平凡的自旋纹理，它可以抵抗外部扰动，是下一代记录设备的有希望的候选者。然而，实现基于skyrmion的设备的一个主要挑战是在环境条件下和零施加场下这些自旋纹理的有序阵列的稳定性。在这里，我们证明了第一次的形成和稳定的自组装六边形纳米圆顶阵列上的磁性skyrmions利用其弯曲的几何形状的固有特性。来自100 nm纳米圆顶阵列的磁力显微镜图像显示出在零场下稳定的skyrmions，其按照纳米结构的形貌排列。微磁学模拟进行比较的实验，以确定与地形的样品的域纹理的相关性。我们提出了一种简单的方法来核化和湮灭skyrmions，开放的可能性，超密集的数据存储的基础上的skyrmionic纹理的高稳定性和低能耗。
2020-10-07 cond-mat.mes-hall
All-optical magneto-thermo-elastic skyrmion motion
据预测，磁性skyrmions可以可控地移动表面上使用聚焦激光束。这里，由于热弹性效应，1 mW量级的吸收功率聚焦到10 $μ$ m量级的光斑尺寸，导致约50 K的局部温度升高和10 $^{-3}$量级的局部垂直应变。对于正磁弹性耦合，由于磁弹性效应，这在skyrmions上产生强吸引力。所得到的运动取决于由于i）局部应变引起的磁各向异性中的梯度，ii）由于局部温度梯度和磁参数温度依赖性引起的有效各向异性中的梯度，以及iii）作用于具有非零拓扑数的对象的马格努斯效应而引起的力。使用动态磁热弹性模型，它是预测skyrmions可以移动显着的速度（高达80米/秒显示），无论是铁磁和反铁磁skyrmions，即使在存在表面粗糙度。这种可控地在任何方向上移动单个skyrmions的机制，以及在晶格中寻址多个skyrmions，为构建和研究具有全光控制的skyrmionic器件提供了一种新的方法。
2023-01-22 cond-mat.mes-hall
Origin of temperature and field dependence of magnetic skyrmion size in ultrathin nanodots
了解磁skyrmions的物理性质是重要的基础研究，旨在开发新的自旋电子器件的范例，其中逻辑和存储器可以集成在同一水平。在这里，我们展示了一个通用的模型的基础上的微磁形式主义，可用于研究作为磁场和温度的函数的skyrmion稳定性。我们考虑的是圆形的铁磁磁点。我们的结果表明，磁skyrmions与一个小半径的点半径相比，总是亚稳态，而大半径skyrmions形成一个稳定的基态。能量分布的变化决定了亚稳（稳定）skyrmion作为温度和/或场的函数的弱（强）尺寸依赖性。这些结果可以为基于skyrmion的设备的最佳材料的设计开辟一条道路。
2017-09-19 cond-mat.mes-hall
Magnetic bimerons as skyrmion analogues in in-plane magnets
磁性双重子是一对两个重子，可以理解为平面内磁化的skyrmion。在这里，我们从理论上预测存在的单一磁性双分子以及双分子晶体，并比较涌现电动力学的双分子与他们的skyrmion类似物。我们表明，双重子晶体可以稳定在阻挫磁铁和分析什么晶体结构可以稳定双重子或双重子晶体通过Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。我们指出，bimeron晶体，在对比skyrmion晶体，允许检测一个纯粹的拓扑霍尔效应。通过微磁模拟，我们表明，双分子可以被用作位的信息在平面内磁化赛道设备，在那里他们允许电流驱动的运动的扭矩方向，离开skyrmions在平面外的磁铁静止。
2019-03-03 cond-mat.mes-hall
Charged skyrmions on the surface of a topological insulator
研究了三维拓扑绝缘体（TI）的Dirac表面态与绝缘薄膜中的磁skyrmions之间的相互作用，并通过邻近效应耦合. Skyrmion的磁性纹理可以导致狄拉克态在Skyrmion半径处的限制，其中面外磁化消失。这种限制可以导致Skyrmion纹理的充电。束缚态的存在在外部磁场中是稳定的，这是稳定skyrmions所必需的。我们预期，对于相关的实验参数，skyrmions将有几个束缚态，可以使用外部磁场进行调谐。我们认为，这些带电的skyrmion可以直接操纵的电场，与skyrmion迁移率成正比的束缚态的数量在skyrmion半径。将Skyrmion薄膜耦合到TI表面可以提供一种更直接和有效的方法来控制绝缘材料中的Skyrmion运动。这为Skyrmion操作的研究提供了一个新的维度。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall
Electrical detection of a skyrmion in a magnetic tunneling junction
我们从理论上研究了一种方法来检测一个单一的skyrmion在磁性隧道结（MTJ）的几何形状。利用隧穿哈密顿方法计算了Skyrmion-铁磁体双层膜系统的隧穿磁电阻比。我们表明，TMR比严格地由Skyrmion的自旋轮廓和设备的几何因子确定，只要系统是合理的清洁，使光谱展宽小于本地和巡回磁矩之间的交换耦合。在这种情况下，当skyrmion的直径与装置的尺寸一样大时，TMR比可以等于$30\%$或更高。由于该标准在实际系统中容易实现，因此MTJ几何形状可以是单个skyrmion的电检测的良好候选，即，未来Skyrmionics存储器件中信息的读取过程。
2018-03-13 cond-mat.mes-hall
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
Current-driven skyrmion Depinning in Magnetic Granular Films
我们考虑了颗粒磁性薄膜中磁skyrmions的电流驱动运动。该研究采用微磁学建模和基于Thiele形式主义的唯象分析。值得注意的是，无序增强了有效的skyrmion霍尔效应，这取决于驱动力的大小（电流密度和非绝热性参数）。起源是沿晶界的skyrmion的滑动运动，其次是钉扎和脱钉在晶粒交界处。在这个去钉扎过程中可能会发生侧跳。此外，触发Skyrmion运动的临界电流取决于微晶相对于Skyrmion尺寸的相对尺寸。最后，当skyrmion轨迹被非绝热马格努斯力限制在边缘时，临界电流密度可以显著降低。我们的结果意味着窄的纳米线具有较高的skyrmion迁移率。
2019-02-14 cond-mat.mes-hall
Origin of robust interaction of spin waves with a single skyrmion in perpendicularly magnetized nanostripes
我们研究了在垂直磁化的CoFeB纳米带中传播的自旋波（SW）和单个Skyrmion之间的相互作用，其中磁性层与W和MgO交界。微磁数值计算显示，入射SW和skyrmion之间的强大相互作用引起了特定SW频率的相当大的向前skyrmion运动（例如，这里：fsw = 12 - 19 GHz）。另外，发现存在足够低的阈值场幅度，例如，0.1 fsw = 15 GHz SW时的kOe。这种依赖于频率的相互作用起源于SW与Skyrmion的内部模式的鲁棒耦合，通过SW的线性动量传递扭矩作用于Skyrmion。这项工作提供了没有电子流的Skyrmion运动的全磁控制，并有助于进一步理解在狭窄的几何形状的磁振子和拓扑孤子之间的相互作用。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall
Distinct magnetic field dependence of Néel skyrmion sizes in ultrathin nanodots
研究了具有面外各向异性和界面Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用的圆形磁点中Néel skyrmion的尺寸和稳定性对垂直磁场的依赖关系.我们的研究结果表明，存在两个不同的依赖关系的skyrmion半径上施加的字段和点的大小。在零场稳定的Skyrmion的情况下，它们的半径随着平行于Skyrmion核心施加的场而强烈增加，直到Skyrmion到达亚稳态区域，这种依赖性减缓。更常见的亚稳态skyrmions表现出较弱的增加，它们的大小作为一个功能的领域，直到一些临界场值，这些skyrmions急剧增加的大小表现出滞后行为与共存的小和大半径skyrmions和小的能量障碍之间。第一种情况的特点也是由一个强的依赖性的skyrmion半径上的点直径，而在第二种情况下，这种依赖性是非常弱的。
2017-12-18 cond-mat.mes-hall
Ultrafast ratchet dynamics of skyrmion by defect engineering under gigahertz magnetic fields
微波磁场驱动磁skyrmion的棘轮运动，其运动方向和速度可由场参数调节，为在低导电性材料中驱动磁skyrmion提供了一种新的途径.然而，作为一种间接运动，与电流驱动的直接运动相比，Skyrmion棘轮运动速度通常较低。对于实际应用，重要的是要问是否有机制来实现磁skyrmion的超快棘轮运动，以及如何将这种新颖的运动集成到跑道型skyrmion设备。在这项工作中，我们探讨了缺陷和边缘的磁skyrmion棘轮运动下的时变磁场GHz的影响。我们证明，棘轮运动的skyrmion不仅被引导沿缺陷的轨道或边缘，但也有显着的速度增加（与一个因素超过10）相比，在体区域。在~50 mT的磁场下，Skyrmion棘轮运动速度沿直线缺陷轨道/边缘达到100 m/s，沿圆形边缘达到10^9 rad/s，与电流驱动的直接运动相当。此外，沿缺陷轨道/边缘的skyrmion棘轮运动可以通过场和缺陷参数容易地控制。基于Skyrmion的时均Thiele方程的分析验证了这种加速效应是由于当Skyrmion接近缺陷轨道或边缘时，垂直于Skyrmion运动的时均驱动力增加，类似于电流驱动的直接运动。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall
Writing Skyrmions with a Magnetic Dipole
我们证明了数值上的大自旋晶格，一个可以写skyrmions在一个薄的磁性薄膜的磁偶极子的大小为几十纳米。本文研究了非手性Skyrmions以及由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用形成的手性Skyrmions的成核。建立了与数值计算结果一致的分析模型。它表明，skyrmions可以写虽然一些方案，取决于实验技术和系统的参数。在一种情况下，分支成不同拓扑结构的子场景，磁偶极子接近薄膜时产生了一个skyrmion-antiskyrmion对。当偶极移近薄膜时，它会引起反斯基尔米恩的坍缩，并由于剩余的斯基尔米恩而产生非零拓扑电荷。在另一种情况下，平行于薄膜运动的偶极子在边界处成核一个skyrmion，然后将它拖进薄膜内部。这些方法的可能的实施方式进行了讨论，用于在磁膜中写入拓扑保护的信息。
2018-06-17 cond-mat.mes-hall
Physical foundations and basic properties of magnetic skyrmions
磁skyrmions（或涡旋）是空间不均匀的自旋纹理定位在纳米尺度的圆柱形区域。拓扑保护和小尺寸使得Skyrmions对于自旋拓扑和技术的研究特别有吸引力，其中信息由电子自旋进一步携带到电子电荷或代替电子电荷。尽管在合成轴对称磁skyrmion的材料中取得了成就，可以稳定和表征，但在阐明基本性质方面却有不成比例的进展。《透视》旨在弥合这一差距，并就控制这些磁旋的物理原理提供一个易懂的指南。
2020-08-03 cond-mat.mes-hall
Skyrmion-number dependence of spin-transfer torque on magnetic bubbles
从理论上研究了作用在磁泡上的自旋转移矩的Skyrmion数依赖性。磁泡的skymrion数可以取任何整数值，这取决于其圆周上的磁性轮廓和磁泡的大小。我们发现，当Skyrmion数的绝对值偏离1时，气泡相对于电荷流的横向运动被大大抑制，而纵向运动则不太敏感。
2016-09-13 cond-mat.mes-hall
Skyrmion confinement and dynamics in tracks patterned with magnetic anisotropy: theory and simulations
Skyrmion是在磁性薄膜中激发的一种受拓扑保护的自旋织构。Skyrmions的半径通常为10-100 nm。由于其尺寸，skyrmion有望成为内存和新型设备的候选者。为了实现将使用skyrmion电路的未来设备，需要引导skyrmion运动的轨道。在磁各向异性能量的差异图案化的轨道是良好的铺设没有潜在的口袋，而磁膜雕刻出的轨道有潜在的口袋在角落处由于退磁场。因此，具有磁各向异性图案化的轨道在制作Skyrmion电路中起着关键作用。按照这一思路，对轮毂和弯曲轨道进行了试验。然而，我们对这些轨道中的skyrmions运动知之甚少。这项工作的目的是确定skyrmions和墙壁的轨道之间的作用力。作用在Skyrmion上的静力可以表示为负的由磁各向异性起伏引起的势能梯度。势可以通过数值计算来估计，用它们的半径和畴壁宽度来模拟skyrmions的形状。我们发现，力不仅取决于到墙壁的距离，但也对形状的skyrmions。我们还进行了微磁模拟的马格努斯力和加速度的磁各向异性梯度被考虑到，以及由墙壁的力量。模拟结果表明，与从模型skyrmions计算的结果吻合良好。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall
Skyrmion-Skyrmion Interaction in a Magnetic Film
本研究数值探究磁性薄膜中两个斯格明子的相互作用，发现同手性斯格明子相斥且长程作用随间距按exp(-d/δ_H)衰减，提出实验测量方案，为拓扑保护磁存储器设计提供参考。
2020-01-01 cond-mat.mes-hall
Electric-field guiding of magnetic skyrmions
我们从理论上研究了反转对称性破缺的磁性薄膜中的纳米磁性skyrmions的平衡和动力学性质，其中电场通过自旋轨道耦合与磁化强度耦合。基于一个基于量子力学的唯象和微磁模拟，我们表明，这种电场耦合，通过重整化的微磁能，修改的skyrmion的平衡性质。这种变化，反过来，在一个显着的电流引起的skyrmion运动的改变的结果。特别是，速度和方向的skyrmion可以通过设计一个所需的能量景观电，我们描述在Thiele的分析模型，并证明在微磁模拟，包括电场控制的磁各向异性。我们还使用这种电场控制构造门用于控制skyrmion运动表现出晶体管和多路复用器一样的功能。因此，所提出的电场效应可以提供一个低能量的电旋钮，以扩展使用skyrmions的信息处理的范围。
2015-05-15 cond-mat.mes-hall
Role of impurity clusters for the current-driven motion of magnetic Skyrmions
我们研究了杂质如何影响磁Skyrmions在赛道几何运动的电流诱导动力学。为此，我们数值求解了由电流诱导自旋转移矩扩展的广义Landau-Lifshitz-Gilbert方程。特别是，我们调查两类杂质，非导电和磁性杂质。前者是磁刚性物体，并产生一个不均匀的电流密度超过赛道，我们分别通过求解基本的静电方程。相比之下，磁性杂质使施加的电流密度在整个条带中均匀。根据不同的参数，我们观察到四种不同的情况下的Skyrmion运动中存在的障碍，Skyrmion衰变，钉扎，创建额外的Skyrmion，和普通Skyrmion通道。计算并讨论了杂质浓度和杂质半径对相图的影响。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall
Determination of chirality and density control of Néel-type skyrmions with in-plane magnetic field
磁性Skyrmions是拓扑保护的纳米自旋纹理，表现出迷人的物理行为。最近在磁性多层膜中对室温Néel型skyrmions的观察是将其用于超低功率器件的重要一步。利用原位洛伦兹隧道电子显微术研究了[Pt/Co/Ta]11多层膜样品在倾斜磁场作用下的磁化反转。在减小磁场时，出现单个的skyrmion，随后演变成蛇形结构，在与面内磁场相反的方向上生长。我们发现，这种不寻常的速度矢量和磁场之间的关系是由Néel型skyrmions的手征。它允许人们提取Dzyaloshinskiii-Moriya常数的符号。我们还表明，高浓度的skyrmions可以实现对增加的领域的面内分量。我们的微磁学模拟与我们的实验结果一致。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall
Optical creation and annihilation of skyrmion patches in a bulk chiral magnet
本文提出基于热淬火的全光学方法，在立方手性磁体Fe₀.₂₅Co₀.₇₅Si中利用飞秒激光实现斯格明子斑块的局域产生、湮灭与读取，并确定了磁场区域和激光能量密度阈值，为未来磁存储器件提供节能方案。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall
Skyrmions in the moiré of van der Waals 2D magnets
我们探索skyrmion的形成和控制的可能性，在二维磁体从无处不在的云纹图案VDW异质结构。以反铁磁衬底上的铁磁单层为例，我们证明了二维磁体中skyrmions的新起源，来自于莫尔条纹中局部不同原子登记处对层间磁耦合的横向调制。莫尔skyrmions是双退化与相反的拓扑电荷，并被困在一个有序的阵列的网站与莫尔周期，可以显着调整的应变和层间平移。在较强的层间耦合下，基态为Skyrmion晶格，磁场可以改变Skyrmion的涡度和在云纹中的位置。在弱层间耦合极限下，我们发现铁磁基态上的亚稳态skyrmion激发可以通过电流脉冲在有序的莫尔陷阱位置之间确定性地移动。我们的研究结果指出，潜在的使用云纹skyrmions作为信息载体和急剧可调的拓扑背景的电子输运。
2018-10-07 cond-mat.mes-hall
Controlling the nucleation and annihilation of skyrmions with magnetostatic interactions
在过去的十年里，Skyrmions已经成为凝聚态物理中访问量最大的话题之一。在这项工作中，通过解析计算和微磁学模拟，我们探讨了由磁性尖端产生的静磁场对Skyrmions稳定性的影响。我们的研究结果表明，尖端和skyrmion之间的相互作用能在Néel skyrmion的稳定中起着至关重要的作用，限制在nanodisks，允许其成核和湮灭，也提供了精确的控制其大小和极性。基于我们的研究结果，我们提出了一个非常简单和循环的方法来成核和湮灭skyrmions，以及控制他们的极性和手征。这一提议可以为逻辑设备开辟新的可能性，利用skyrmionic纹理所具有的所有自由度。
2019-04-04 cond-mat.mes-hall
