Spontaneous square vs. hexagonal nanoscale skyrmion lattices in Fe/Ir(111)
通过DFT与原子级自旋模型，揭示了Fe/Ir(111)中fcc堆叠形成方形斯格明子晶格而hcp堆叠倾向六角形近共线多Q态的机制，阐明多种交换相互作用对自旋晶格对称性的决定性作用。
2023-07-06 cond-mat.mes-hall 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
Engineering skyrmions in transition-metal multilayers for spintronics
磁skyrmions是局部的，拓扑保护的自旋结构，已被提出用于存储或处理信息，由于其有趣的动力学和输运性质。在应用方面重要的是最近发现的界面稳定的skyrmions超薄过渡金属薄膜中证明。然而，到目前为止，只有与磁性材料的单个原子层的界面处的skyrmion被报道，这极大地限制了它们在器件中的应用潜力。在[4d/Fe_2/5d]_n多层膜中，即Fe双原子层夹在4d-和5d-过渡金属层之间的结构中，我们预言了skyrmion的出现。在这些复合结构中，交换和控制skyrmion形成的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用可以通过两个界面分别进行调节。这使得工程skyrmions所示的基础上密度泛函理论和自旋动力学模拟。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion ground state and gyration of skyrmions in magnetic nanodisks without the Dzyaloshinsky-Moriya interaction
我们通过微磁学模拟发现，在没有Dzyaloshinsky-Moriya相互作用（Dzyaloshinsky-Moriya）的情况下，Co/Ru/Co纳米盘中可以存在自发Skyrmion基态，并且在+z方向的磁场中，该基态甚至在0.44 T的磁场下都能保持稳定.由拓扑密度矩定义的Skyrmion的导引中心（$R_x$，$R_y$）在脉冲磁场中呈现出一种不同于涡旋或气泡的星形轨迹，而在磁场关闭后呈现出一种六边形轨迹的新的回旋运动.其中一个耦合的skyrmion可以在没有外部磁场的情况下移动，但只能由另一个的运动引起，这是由于强的层间静磁相互作用。这项工作揭示了如何在具有竞争能量的各种（不限于磁性）系统中发现新颖的skyrmion，并有助于理解skyrmion的动力学性质。
2013-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic motion of polar skyrmions in oxide heterostructures
该研究通过相场模拟揭示氧化物异质结构中极性斯格明子在热、电、机械耦合刺激下的外场驱动集体运动机制，并为相关电子器件设计提供指导。
2023-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmions in Synthetic Antiferromagnets: Collapse and Nucleation
ITMO University（ITMO大学）
利用简化晶格模型，计算了合成反铁磁体中反铁磁束缚斯格明子对的坍塌和从钉扎反铁磁参考态成核的最小能量路径，揭示了坍塌的层序性及与成核的强不对称性。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the coexistence regime of incomplete and tubular skyrmions in ferro/ferri/ferromagnetic trilayers
Skyrmionic器件的发展需要适当调整材料参数，以稳定Skyrmion并控制其密度。最近的研究表明，不同的skyrmion类型可以在室温下同时稳定在异质结构中，包括铁磁体，亚铁磁体和重金属，提供了一个新的平台，编码二进制信息的skyrmion类型，而不是存在/不存在的skyrmion。在这里，我们调整的能量景观的两个skyrmion类型在这样的异质结构通过工程的几何和材料参数的各个层。我们发现，铁磁层的厚度，从而其磁各向异性的微调，允许三层系统，以支持任一skyrmion类型或两者共存，并具有不同的密度。
2022-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Oscillation modes of skyrmion strings in a ferromagnetic film
Physics Department, Herbert H. Lehman College and Graduate School, The City University of New York（纽约市立大学赫伯特·H·莱曼学院及研究生院物理系）
该研究推导了铁磁薄膜中斯格明子弦的弯曲振荡本征频率公式，并通过数值计算在离散自旋晶格模型及有限温度晶格中验证了该结果，为斯格明子弦的振荡特性研究提供了理论与数值依据。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Device geometry dependent deterministic skyrmion generation from a skyrmionium
磁skyrmionium可以被看作是两个具有相反拓扑电荷的磁skyrmion的缔合。在这项工作中，我们研究了在三种不同的设备与可变的几何配置通过域壁（DW）对Skyrmionium到多Skyrmionic态的转换。对于单个铁磁层以及合成反铁磁（SAF）系统，考虑了相同的器件几何形状。据观察，通过调整电流密度，确定性生成的skyrmions是可能的，通过自旋转移矩（STT）。所提出的装置是有效地可调节的，以改变skyrmions的数量。这些结果可能会导致基于skyrmion的神经形态和非传统计算设备的发展。
2021-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Inducing skyrmions in ultrathin Fe films by hydrogen exposure
磁skyrmions是一种具有粒子性质的纳米自旋局域结构，有望作为比特应用于下一代信息技术。未来基于skyrmion的应用的一个重要步骤是设计关键的磁性参数，以开发和稳定单个磁性skyrmion。在这里，我们演示了通过在样品中加载原子氢来调节Ir111衬底上Fe双层的非共线磁性状态。利用自旋极化扫描隧道显微镜发现，氢化体系在外加磁场中支持skyrmion的形成，而未氢化的Fe双电层则不支持.基于从头计算，我们归因于这种效果的海森堡交换和Dzyaloshinsky_Moriya相互作用，由于氢化的调谐。除了界面工程外，磁性薄膜的氢化为低维磁性材料中Skyrmion态的设计和优化提供了一条独特的途径。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Effect of RKKY and dipolar interaction on the nucleation of skyrmion in Pt/Co multilayer with Ir spacer
本研究针对含Ir间隔层的Pt/Co合成反铁磁多层膜，探究RKKY与偶极相互作用对斯格明子稳定的影响，通过成像与输运测量证实手性斯格明子存在，揭示Co层厚度对斯格明子尺寸与密度的调控规律，为斯格明子稳定与操控提供新方案。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
How to measure the local Dzyaloshinskii Moriya Interaction in Skyrmion Thin Film Multilayers
在$10^6$ A/m量级的电流密度下，MnSi和FeGe薄化单晶中Skyrmion的电流驱动运动可以开始，比磁畴壁的电流密度小5个数量级。将这些结果复制到薄膜中的技术关键步骤迄今尚未成功，但原因尚不清楚。阐明它们需要在几个纳米尺度上分析系统特性，其中关键的Dzyaloshinskii Moriya（DM）相互作用各不相同，并且在接近应用条件下这样做，即在室温下的氧化保护系统。在这项工作的磁力显微镜（MFM）的磁控溅射的Ir/Co/Pt多层膜的研究，我们显示skyrmions比以前观察到的更小，不是圆形对称的，并钉扎到50 nm宽的区域比平均DM相互作用高出75%。这一发现与我们测量的Co层厚度不均匀性的顺序为$\pm$ 1.2原子单层每0.6 nm层相匹配，并表明必须以更高的精度控制层的平坦度，以排除skyrmion钉扎。
2016-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Zero-field magnetic skyrmions in exchange-biased ferromagnetic-antiferromagnetic bilayers
本研究利用原子尺度自旋动力学模拟表明，交换偏置FM-AFM双层膜可借助AFM有效场和界面粗糙度在零外场下稳定铁磁斯格明子。
2024-03-02 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
Zero-field topological Hall effect in BiSb/MnGa bi-layers as a signature of ground-state skyrmions at room temperature
利用拓扑霍尔效应（THE），在BiSb拓扑绝缘体/ MnGa双层膜中观察到零场基态Skyrmion的特征.我们观察到一个大的临界界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用能（5.0 pJ/m）的BiSb/MnGa界面，可以通过控制退火温度的MnGa模板定制。在室温下，即使在没有外加磁场的情况下，也观察到了THE，这为MnGa/BiSb双层膜中存在磁稳定skyrmion提供了有力的证据.我们的研究结果将提供洞察的作用，通过合适的材料选择和生长技术，在室温下产生稳定的skyrmions定制的界面的。
2019-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of Polar Skyrmions in Layered Structure of Ferroelectric Perovskites
Indian Institute of Technology, Kharagpur（印度理工学院哈格普尔分校）
本文通过建立电极化与应变耦合的欧拉方程，求解出在(PbTiO3)n/(SrTiO3)n超晶格中每层具有独特拓扑数的斯格明子解，解释了无已知相互作用下极性斯格明子的形成机制，并揭示了斯格明子类型随层位置从Neel型到Bloch型的变化。
2024-09-24 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
Stability and dynamics of magnetic skyrmions in FM/AFM heterostructures
针对磁性斯格明子需强面外场稳定、存在斯格明子霍尔效应的问题，本研究通过模拟发现FM/AFM多层结构中交换偏置可提升斯格明子稳定性，堆叠结构能抑制SkHE并实现高速传输，为相关器件研发提供新思路。
2024-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer exchange coupling -- a general scheme turning chiral magnets into magnetic multilayers carrying atomic-scale skyrmions
本文报道了利用层间交换耦合来扩展手性磁性薄膜在零磁场下出现稳定或亚稳定磁skyrmion的机制的一般原理。我们验证了这一概念的基础上的第一性原理模型的Mn单层W（001）衬底，一个原型的手征磁铁，其原子尺度的磁性织构是由交换相互作用的挫折，不可能解开实验室磁场。通过对Mn/W $_m$ /Co $_n$ /Pt/W（001）多层膜系统的\textit{ab initio}计算，我们发现对于一定厚度的W间隔层$m$和Co参考层$n$，参考层的有效场完全替代了形成Skyrmion所需的磁场.
2016-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Motion and teleportation of polar bubbles in ultra-thin ferroelectrics
极性磁泡畴是一种类似于磁性skyrmion的复杂拓扑缺陷，可以自发地在铁电薄膜和超晶格中形成。它们可以被确定性地写入和删除，并表现出一系列特性，例如小于10 nm的半径和室温稳定性，这对于密集数据存储和可重构纳米电子技术非常有吸引力。然而，控制电气泡skyrmions运动的可能性，目前仍然缺乏一个关键的技术要求。在这里，我们提出了原子模拟演示如何外部电场扰动可以诱导两种类型的运动的气泡skyrmions在低维四元PbZr $_{0.4}$ Ti $_{0.6}$ O $_3$系统在剩余的去极化场。具体而言，我们表明，根据外部场的空间分布和幅度，气泡skyrmion可以表现出连续的运动驱动的外部电场梯度或不连续的，teleportation一样，skyrmion域转移。这些发现提供了第一次分析的动力学和控制运动的极性skyrmions，这些粒子状结构的功能化是必不可少的。
2023-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Facilitating electrical and laser-induced skyrmion nucleation with a dipolar-field enhanced effective DMI
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Radboud University Nijmegen, Institute for Molecules and Materials（奈梅亨拉德堡德大学分子与材料研究所）；NT-MDT BV（NT-MDT有限公司）
通过调整DMI符号增强有效DMI，显著提高了电场和激光诱导下Skyrmion的成核密度和稳定性。
2026-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Designing layered 2D skyrmion lattices in moiré magnetic hetero-structures
本文理论研究扭转 CrBr_3/CrI_3 莫尔磁性异质结构，利用界面 DMI 与手性层间场在零磁场下构建层状铁磁及反铁磁斯格明子晶格。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Formation of magnetic skyrmions with tunable properties in PdFe bilayer deposited on Ir(111)
我们用从头算和自旋模型计算方法对Ir（111）上PdFe双层膜的自旋组态进行了广泛的研究。我们利用自旋集团展开技术得到自旋模型参数，并求解零温下的Landau-Lifshitz-Gilbert方程。特别地，我们着重研究了层弛豫效应和外磁场作用下基态磁的演化。在没有磁场的情况下，我们发现了一个自旋螺旋基态，而施加外部磁场时，系统中产生了skyrmion。基于能量计算的冻结自旋组态与变化的磁场，我们获得了良好的协议与现有的实验相边界。我们发现自旋螺旋的波长和skyrmions的直径随着向内Fe层弛豫的增加而减小，这与最近邻Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和各向同性交换耦合$D/J$的比率的增加有关。我们的研究结果还表明，所需的稳定的Skyrmion晶格的应用领域增加时，个别Skyrmion的直径减小。根据我们的观察，我们认为，形成的skyrmion晶格可以调整的薄膜的小结构修改。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic interlayer coupling between ferromagnetic SrRuO$_3$ layers through a SrIrO$_3$ spacer
调整磁性多层膜特性的一个关键因素是各个磁性层之间的耦合。在Skyrmion托管多层膜的情况下，跨磁性层的Skyrmion耦合是非常期望的。在这里的磁性层间耦合的外延全氧化物异质结构的铁磁钙钛矿SrRuO $_3$层分离的强自旋-轨道耦合氧化物SrIrO $_3$的间隔进行了研究。这种氧化物层的组合正在被讨论作为一个潜在的候选系统主机Néel skyrmions。进行一阶反转曲线（FORC）测量以区分各个层的磁切换过程并从样品$'$信号中分离软磁杂质的信号。此外，FORC研究能够确定磁性层之间的耦合是铁磁还是反铁磁。所观察到的层间耦合强度是弱的所有异质结构，与SrIrO $_3$间隔层之间的2个单层和12个单层厚。
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermal motion of skyrmion arrays in granular films
磁skyrmions是拓扑不同的磁矩漩涡，显示粒子般的行为，包括进行热驱动扩散的能力。在本文中，我们研究了热激活运动的skyrmions阵列使用温度相关的微磁学模拟的skyrmions自发形成。特别是，我们研究的skyrmions与晶界，这是一个典型的功能，用于实验设备中的溅射镀膜的相互作用。我们发现，相互作用导致两个不同的制度。对于较长的滞后时间的晶粒导致的扩散系数，这是最强的颗粒尺寸类似的skyrmion直径的减少。在较短的滞后时间，晶粒的存在下，增强了有效的扩散系数，由于其与晶界的相互作用引起的skyrmions的回旋运动。对于晶粒尺寸显着大于skyrmion的直径聚集的skyrmion发生在晶粒具有较低的磁各向异性。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Soft-magnetic skyrmions induced by surface-state coupling in an intrinsic ferromagnetic topological insulator sandwich structure
铁磁拓扑绝缘体（TI）上的磁skyrmion是手征自旋织构在动量空间中的实空间表现，通过对其进行剪裁，可以成为信息处理的载体.在这里，我们制作了一个三明治结构，包含两层的自组装铁磁七层TI，Mn（Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$）$_{2}$ Te $_{4}$（MnBST），由五层TI，（Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$）$_{2}$ Te $_{3}$（BST），并通过拓扑霍尔效应观察Skyrmions在一个内禀磁性拓扑绝缘体的第一次。BST间隔层的厚度在控制两个MnBST层中的带隙拓扑表面态之间的耦合以稳定skyrmion形成方面是至关重要的。七层MnBST中锰原子的均匀、高度有序排列导致其中存在较强的交换相互作用，从而使skyrmions具有“软磁性”。这将为拓扑鲁棒的磁存储器开辟一条道路。
2021-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay between interfacial Dzyaloshinskii Moriya interaction and magnetic anisotropy in 4d transition metal multilayers for skyrmion nucleation
本文研究了4d过渡金属X-Fe/Ir(111)多层膜中界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用与磁各向异性的竞争对斯格明子成核及热稳定性的影响，为未来自旋电子器件应用提供依据。
2024-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Topological Hall Effect and Skyrmions in Pt/Co/Ir/Co/Pt System
本研究通过调控Ir层厚度在Pt/Co/Ir/Co/Pt体系中观测到磁化反转倾斜态，结合输运与MFM测量证实斯格明子存在，为斯格明子相关自旋电子学及存储技术应用提供支撑。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Material systems for FM-/AFM-coupled skyrmions in Co/Pt-based multilayers
通过基于密度泛函理论的系统的第一性原理计算，我们寻找合适的材料，可以容纳反铁磁耦合skyrmion。本论文主要研究面心立方（111）取向金属$Z$ /Co/Pt（$Z=4d$系列：Y $-$ Pd，贵金属：Cu、Ag、Au，后贵金属：Zn和Cd）磁性多层膜的单原子厚度。我们提出了磁性的定量趋势：磁矩，层间交换耦合，自旋刚度，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，磁各向异性，和临界温度。我们发现，一些$Z$元素（Zn，Y，Zr，Nb，Tc，Ru，Rh和Cd）可以诱导磁性Co层之间的反铁磁层间耦合，并且它们影响易磁化轴。采用多尺度的方法，我们转移的微磁参数确定从$ab$ $initio$的微磁能量泛函和搜索一维自旋螺旋的解决方案和二维skyrmions。我们通过数值求解skyrmion轮廓方程来确定skyrmion半径。我们发现了一个解析表达式的skyrmion半径，涵盖了我们的数值计算结果，是有效的一个大的制度的微磁参数。基于这个表达式，我们提出了一个模型，允许外推从$ab$ $initio$结果的单原子膜的多层膜与Co膜组成的几个原子层含有$10\,$纳米skyrmions。我们发现厚度制度的微小变化的薄膜厚度可能会改变skyrmion半径的数量级。我们估计了skyrmion的大小作为温度的函数，并发现大小可以很容易地从低温到室温翻倍。我们建议有前途的材料系统的铁磁…
2020-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmions in CeFeB Amorphous Nanodisks
稀土Fe B永磁体由于其优异的室温磁性能而常被使用。这些元素的高价促使一些研究人员寻找新的替代品。铈是稀土元素中最丰富、最廉价的元素，因此，近年来以铈为基的合金性能的研究成为热点。在这项工作中，我们研究了CeFeB纳米盘在Dzyaloshinskii Moriya相互作用下的磁化行为。我们证明了拓扑结构，特别是Neel skyrmions，可以在这类系统中自发成核。我们还研究了有限温度下skyrmions的行为。我们证明了CeFeB纳米盘可以在室温下托管磁skyrmions。
2019-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation of zero-field Skyrmion arrays in asymmetric superlattices
我们使用洛伦兹透射电子显微镜证明了在\textit{ex situ}施加面内磁场后，零场下Pt/Co/Ni/Ir多层膜中亚稳态Néel型skyrmion阵列的形成.由此产生的skyrmion纹理被发现依赖于所施加的电场的强度和取向差以及界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。为了证明所施加的场角的重要性，我们利用弯曲轮廓的标本，符合skyrmion和迷宫图案之间的过渡区域。随后在这些区域附近施加垂直的磁场，揭示了具有相反磁极的skyrmions在紧密接近的情况下稳定的不寻常情况。
2020-09-11 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
Observation of Hybrid Magnetic Skyrmion Bubbles in Fe3Sn2 Nanodisks
本文利用洛伦兹透射电镜在Fe3Sn2纳米盘中首次实验观测到由Q=-1的Néel扭曲斯格明子泡和Q=0的II型泡组成的三维III型混合泡，并通过倾斜磁场实现了三种泡的受控拓扑转变，微磁学模拟验证了实验结果，推进了三维磁性研究。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Creating and Deleting a Single Dipolar Skyrmion by Surface Spin Twists
Anhui University（安徽大学）；Hefei Normal University（合肥师范学院）；High Magnetic Field Laboratory, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
通过表面自旋扭转变换实现单个双极性Skyrmion的确定性创建与删除，为Skyrmionic设备中的可靠单比特操作提供新方法。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic transformation between a skyrmion string and a bimeron string in a layered frustrated system
挫折拓扑自旋纹理具有独特的属性，可以使新的自旋电子应用，如螺旋度为基础的信息存储和计算。在这里，我们报告的静态和电流诱导动力学的二维（2D）煎饼skyrmions在堆栈的弱耦合阻挫磁单层，形成一个三维（3D）skyrmion字符串。布洛赫型斯基米子弦在能量上比尼尔型的更稳定。在类阻尼自旋轨道力矩的作用下，它可以作平动运动，并表现出与阻尼相关的Skyrmion霍尔效应。最值得注意的是，skyrmion字符串可以转换为一个动态稳定的bimeron字符串的dampinglike自旋轨道扭矩。电流诱导的双介子弦相对于其中心稳定旋转，当电流被切断时，其可以自发地转变回Skyrmion弦。我们的研究结果揭示了不寻常的3D挫折自旋纹理的物理性质，并可能打开不同的可能性自旋电子应用的基础上skyrmion和bimeron字符串。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multipolar Skyrmion Crystals in Non-Kramers Doublet Systems
该研究针对三角晶格上多极磁矩与传导电子的近藤晶格模型，发现键依赖跳跃诱导的类指南针各向异性可稳定零磁场多极斯格明子晶体，其分数化梅龙复合物及多极相能产生新颖自发霍尔响应。
2024-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Experimental signature of layer skyrmions and implications for band topology in twisted WSe2 bilayers
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；The University of Hong Kong（香港大学）；National Yang Ming Chiao Tung University（阳明交通大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；National Institute for Materials Science（日本物质材料研究机构）
研究通过扫描隧道谱揭示扭曲WSe2双层中层Skyrmion纹理，确定Moire势对Gamma和K谷态的影响，并建立LDOS分布与拓扑结构的直接关联。
2025-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive Sub-monolayer Palladium Induced Chirality Switching and Topological Evolution of Skyrmions
手性自旋纹理从根本上是有趣的，与许褚的应用。稳定的手性通常通过在不对称多层膜中引入Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）来实现，其中每层的厚度至少是几个单层。在这里，我们报告了一个超灵敏的手征开关（Ni/Co）n多层诱导盖帽只有0.22单层的Pd。使用自旋极化低能量电子显微镜，我们监测域壁从左手到右手尼尔墙的逐渐演变，并量化的Pd帽层引起的氧化。我们还观察到的手征演变的skyrmion在开关，没有显着的拓扑保护被发现作为skyrmion绕组数的变化。这对应于在Skyrmion手征切换期间< 1阿焦耳的最小能量成本。我们的结果显示了详细的手征性的演变过程中的Skyrmions的符号开关，这是相关的实际应用的Skyrmionic器件。
2022-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical configurable nanopatterning of polar topological states and formation of post-skyrmion
在铁电系统中的可控相变和纳米图案化的拓扑状态在外部刺激下是至关重要的实现在纳米电子器件，如逻辑，存储器，赛道等的潜在应用在这里，使用相场模拟，我们证明了在铁电超晶格中的极性skyrmions通过施加外部局部压应力通过原子力显微镜（AFM）的尖端的机械操纵。观察到不同的切换路径：在小到中等的力（<1 uN）下，skyrmions合并形成长条;而增加施加的负载（例如，2 μ N以上）导致自发极化被抑制，形成一种新的亚稳拓扑结构，即后skyrmion。它是通过将多个meron连接到中心Bloch skyrmion上来构建的，显示出1.5（2 uN以下）或2（3 uN以下）的拓扑电荷。我们进一步设计了一种机械纳米图案化工艺，其中条纹可以通过移动AFM针尖（写入）形成设计的图案，其也可以在施加的电场（擦除）下切换回全skyrmion状态。我们相信这项研究将刺激进一步的兴趣，通过机械力的极性拓扑相的机械操纵和纳米图案化。
2022-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmionic Spin Structures in Layered Fe5GeTe2 Up To Room Temperature
晶格、温度和磁场对二维范德华磁体Fe5GeTe2中自旋结构形成的作用是一个关键的未解决的问题。使用洛伦兹透射电子显微镜，我们在实验上观察到的拓扑自旋结构，室温下的亚稳预冷和稳定后冷阶段的Fe5GeTe2。在宽的温度和磁场范围内，skyrmionic磁泡的形式没有优选的手性，这是一个中心对称的晶体结构的指示。在预冷阶段，这些气泡是可观察到的，即使没有一个外部字段的应用程序，而在后冷却阶段，从气泡域条纹域的转换被视为。为了理解Fe5GeTe2中的磁序，我们将宏观磁学表征结果与微观密度泛函理论计算进行了比较。我们的研究结果表明，即使在室温下，拓扑自旋结构可以稳定在中心对称范德华磁体。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Crystal and Phase Transition in Magneto-Ferroelectric Superlattices: Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in a Frustrated $J_1-J_2$ Model
研究了超晶格中铁电层与磁性层界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用对Skyrmion晶体的形成及其相变的影响.在磁性和铁电薄膜中引入了阻挫。薄膜具有简单的立方晶格结构。磁性层内的自旋是海森堡自旋，它们通过最近邻（NN）交换$J^m$和次最近邻（NNN）交换$J^{2m}$相互作用。假设铁电层中的极化是具有NN和NNN相互作用$J^f$和$J^{2f}$的伊辛型。在磁电界面处，假设自旋和极化之间存在DM相互作用$J^{mf}$。用最速下降法计算了基态自旋组态。在外加磁场$\mathbf H$垂直于层，我们表明，形成的skyrmions在磁电界面强烈增强所带来的挫折的NNN反铁磁相互作用$J^{2m}$和$J^{2f}$。通过蒙特卡罗模拟得到了有限温度下的各种物理量。我们显示的临界温度，磁性和铁电层的顺序参数作为界面DM耦合，所施加的磁场和$J^{2m}$和$J^{2f}$的函数。详细研究了向无序相的相变。保留字：kyrmions;相变;挫折感;超晶格;磁铁电耦合; Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用; $J_1-J_2$模型;蒙特卡罗模拟
2019-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mechanism of skyrmion condensation and pairing for twisted bi-layer graphene
当巡游费米子的量子味霍尔绝缘体相被强量子涨落无序化时，序参量场的Skyrmion织构的凝聚可以导致超导性。在这项工作中，我们解决的skyrmion凝聚的机制，考虑（2+1）维，Weyl费米子和刺猬型隧道配置的序参量，违反skyrmion数守恒定律之间的散射。我们证明了量子化的味霍尔电导率（$σ^f_{xy}$）控制着拓扑保护的费米子零模的简并性，并且零模本征函数或t Hooft顶点之间的重叠决定了配对的性质.我们证明了量子无序，味道霍尔绝缘体与$σ^f_{xy}= 2 N$导致不同类型的电荷$2 N e^-$超导性。概述了味霍尔绝缘体之间的竞争，BCS和对密度波通道中的电荷$2e^-$配对状态，以及扭曲双层石墨烯的复合物，电荷$4e^-$超导体的一些含义。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Beyond conventional skyrmions in synthetic antiferromagnets
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Swiss Federal Laboratories for Material Science and Technology (Empa)（瑞士联邦材料科学与技术研究所）；National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Politecnico di Bari（巴里理工大学）；University of Leeds（利兹大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
研究在合成反铁磁体中通过外部磁场和层间交换作用的竞争，产生两种不同极性skyrmion家族，揭示了RKKY交换场在多层结构中的应用潜力。
2026-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-Induced Magnetic Skyrmion in Two-Dimensional Chromium Tri-Iodide Monolayer
碘化铬单层，其具有不同的磁性相比，散装碘化铬，已被证明形成skyrmionic状态中施加的电磁场或Janus层设备。在这项工作中，我们证明了自旋倾斜的解决方案可以诱导成单层碘化铬通过选择取代碘原子与等价杂质。选择几种浓度和空间结构的卤化物替代缺陷，以探测局部缺陷引起的几何畸变和铬磁矩取向之间的耦合。这项工作提供了原子级的洞察力，如何原子精确的应变工程可以用来创建和控制复杂的磁性图案在碘化铬层，奠定了基础，研究领域和几何形状相关的磁性在类似的二维材料。
2021-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Current-driven dynamics of antiferromagnetic skyrmions: from skyrmion Hall effects to hybrid inter-skyrmion scattering
本研究结合第一性原理与原子自旋动力学模拟，发现CrPdFe/Ir(111)中反铁磁斯格明子在电流下具有有限斯格明子霍尔效应，并揭示底层铁磁斯格明子的陷阱作用。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Skyrmion-based Leaky Integrate and Fire Neurons for Neuromorphic Applications
自旋电子学是一种重要的数据存储和计算新兴技术。在这一领域，基于磁skyrmion的设备是有吸引力的，由于它们的小尺寸和能量消耗。然而，控制skyrmions的创建，删除和运动是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种新的节能skyrmion为基础的设备结构，并证明其使用泄漏集成（LIF）和消防神经元的神经形态计算。在这里，我们表明，skyrmion可以被限制通过图案化的几何形状的自由层中的磁性隧道结（MTJ），并证明，skyrmion的大小可以通过施加脉冲电压应力进行调整。由这种基于skyrmion的LIF神经元制成的尖峰神经网络（SNN）显示了对来自修改的美国国家标准与技术研究所（MNIST）数据集的图像进行分类的能力。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci cs.ET
Intrinsic mixed Bloch-Néel character and chirality switch of skyrmions in asymmetric epitaxial trilayer
在铁磁和非磁性材料的交替原子层组成的系统中，手性磁化结构的稳定和操纵方面的最新进展有望在自旋电子学技术中实现创新。系统的低维度促进了自旋轨道驱动的界面效应，如反对称Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions）和表面磁各向异性，其相对强度可以被调节以实现具有固定手性的稳定纳米尺寸的磁性物体。虽然在大多数情况下，这是通过工程复杂的多层堆叠，其中层间偶极场变得重要，我们在这里考虑一个简单的外延三层，其中的铁磁体，具有可变的厚度，嵌入在重金属和石墨烯之间。后者增强了系统的垂直磁各向异性，促进了Rashba型自旋，并且可以维持很长的自旋扩散长度。我们使用一个层分辨的微磁模型（LRM）来描述的磁化纹理和他们的手征。我们的结果表明，对于厚度大于3.6 nm的Co，具有逆时钟手征的本征混合布洛赫-内尔特征的skyrmion在整个（单个）Co层中稳定。值得注意的是，对于大于5.4 nm的厚度，skyrmion切换其手性，从逆时针到顺时针。
2019-12-19 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
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
Thermally Driven Ratchet Motion of Skyrmion Microcrystal and Topological Magnon Hall Effect
自发涌现的手性是自然科学中一个非常重要的问题。有人认为，单向（手性）旋转的机械棘轮是禁止在热平衡，但成为可能的系统平衡。在这里，我们报告我们的发现，一个拓扑非平凡的自旋纹理称为skyrmion -一个粒子状的对象，其中自旋指向所有方向包裹一个球体-构成这样的棘轮。用Lorentz透射电子显微镜观察了Cu_2OSeO_3和MnSi薄膜中的Skyrmion晶体，发现它们在微米尺度上呈单向旋转运动。基于随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值模拟表明，在存在温度梯度的情况下，这种旋转仅仅是由热涨落驱动的，而在热平衡下，这种旋转是被Bohr-van Leeuwen定理所禁止的。我们发现，由skyrmion的有效磁场驱动的磁振子的旋转流引起的skyrmion旋转，因此表明磁振子可以用来控制这些自旋纹理的运动。
2015-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rhombic skyrmion lattice coupled with orthorhombic structural distortion in EuAl$_{4}$
中心对称四元巡游磁体EuAl $_{4}$在外磁场中表现出复杂的磁相图，包括菱形和方形Skyrmion晶格（SkL）相。在这里，我们报告了一个多轴衍射研究的EuAl $_{4}$通过一个新设计的光纤布拉格光栅技术补充的共振X射线散射实验，揭示各向异性磁致伸缩和磁体积效应与连续的相变。发现菱形和方形SkL相在$ab$平面内分别具有$\sim$ 0.10%和$\sim$ 0.03%的正交结构畸变。我们建议，自旋系统和晶格变形之间的耦合应该是必不可少的EuAl $_{4}$的结构不稳定性，产生丰富多样的拓扑自旋纹理与自发的旋转对称性破缺以及潜在的可控性的SkL相的单轴应力或压力。
2023-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A Platform for Braiding Majorana Modes with Magnetic Skyrmions
经过十年的理论和实验研究，由于平台的特殊性，证明Majorana模式的编织仍然是凝聚态物理中未解决的问题。在这项工作中，我们提出了拓扑超导-磁性多层异质结构与片上微波腔读出作为一种新的平台初始化，编织和读出马约拉纳模式。来自磁层中skyrmion的杂散场可以在拓扑超导层中形成涡旋。这样的涡旋是已知的主机马约拉纳束缚态在其核心。通过分析计算伦敦和Thiele形式主义，并通过微磁模拟，我们表明，我们的成核和编织计划可以有效地实现与现有的各种选择的磁性和超导层。此外，我们表明，耦合的马约拉纳束缚态的谐振器的电场导致实验上可观察到的宇称依赖的色散位移的谐振器频率。我们的工作为在不久的将来实现马约拉纳编织铺平了道路。
2022-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
