Current-induced nucleation and motion of zero field skyrmion
我们研究了在没有外加磁场的情况下，磁性薄膜中Skyrmions的稳定化和电操纵。我们表明，这需要增加的磁各向异性，控制的样品厚度，相比通常的skyrmionic样品，使均匀的状态对应于零场基态和skyrmions亚稳态激发。虽然skyrmion稳定在零场被证明在一个广泛的厚度范围内，电气控制似乎是更苛刻的，以避免skyrmion变形。在最薄的样品中，大的磁各向异性防止skyrmion变形，我们表明，它们可以通过电流脉冲逐渐成核，这强调了唯一可能的过渡发生在均匀和skyrmion状态之间。零磁场中的孤子skyrmions具有与场稳定的孤子skyrmions相同的性质，当被自旋轨道力矩激发时，具有长期稳定性和高迁移率。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion ratchet effect driven by a biharmonic force
基于微磁学模拟和对Thiele方程的分析，本文证明了在平面内双谐磁场hx（t）= h1 sin（mwt）+ h2sin（nwt + phi）的作用下，当m和n互质且m + n为奇数时，skyrmion的棘齿运动可以被诱导.值得注意的是，棘轮运动的速度和方向可以容易地通过场幅度、频率和相位来调节，其中最大速度超过5 m/s并且方向可旋转超过360度。通过追踪耗散参数D和skyrmion位置R的激发谱，分析了skyrmion棘轮运动的起源，指出耗散力在棘轮运动的出现中起着关键作用.这种棘轮运动的skyrmion是区别于文献报道的单频交流驱动器所造成的，并从脉冲磁场驱动，也在这项工作中预测。结果表明，双谐力作用下的Skyrmion棘轮效应与许多孤子系统中的棘轮效应具有一些共同的特征，而且Skyrmion速度和方向的可控性在实际中是有用的.
2018-09-20 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
Magnetic field gradient driven dynamics of isolated skyrmions and antiskyrmions in frustrated magnets
磁性材料中skyrmion/antiskyrmion运动的研究对于自旋电子学的应用具有重要意义。本文采用Landau-Lifshitz-Gilbert方法，对三角格子上的受抑经典海森堡模型进行模拟，研究了受磁场梯度驱动的受抑磁体中孤立skyrmion和反skyrmion的动力学行为.在体相系统中，梯度引起的类霍尔运动与手征磁体中的运动相似。更有趣的是，我们的工作表明，横向限制在纳米条纹的挫折系统可以完全抑制霍尔运动，并显着加快沿梯度方向的运动。用Thiele理论对模拟结果进行了很好的解释。结果表明，运动的加速度主要由Gilbert阻尼常数决定，这为寻找基于Skyrmion的自旋电子学的潜在材料提供了有用的信息。
2017-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of asymmetrically deformed skyrmion driven by internal forces and strain force in a flower-shaped magnetic nanostructure
该研究通过微磁模拟与半解析模型揭示花形磁性纳米结构中非对称形变斯格明子受内力和应变力驱动的动力学，并实现应变脉冲调控。
2024-07-10 cond-mat.mtrl-sci
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
Driving skyrmions in flow regime in synthetic ferrimagnets
本文研究合成亚铁磁多层膜中斯格明子的自旋矩驱动运动，通过增加 Tb 厚度降低总磁矩并增强自旋轨道矩，实现直径约 160 nm 的斯格明子速度达 400 m/s，并证明其在最大电流密度下进入无横向偏转的动态流动状态。
2023-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Liquid crystal Skyrmions can swim
被称为“婴儿skyrmions”的拓扑非平凡场配置表现得像粒子，并为skyrmionics领域提供了起源，该领域有望实现赛道记忆和其他技术应用。揭示这种拓扑孤子的非平衡行为是一个挑战。我们实现婴儿skyrmions在手性液晶，并使用数值模拟和偏振视频显微镜，演示电动蠕动运动。我们揭示了非平衡拓扑保持纹理变化驱动这种行为的错综复杂的细节。Skyrmion的运动方向在与所施加的场正交的平面中被鲁棒地控制，并且可以通过改变频率来反转。我们的研究结果可能会刺激一个新的范例孤子动力学在软物质，具有丰富的相互作用之间的拓扑结构，手征性和取向粘弹性。
2017-06-28 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
Current-induced shuttlecock-like movement of non-axisymmetric chiral skyrmions
本文用微磁学模拟方法研究了具有易面各向异性的非轴对称Skyrmions在极性helimagnetis角相位内的电流感生运动，这种非轴对称Skyrmions由一个圆形核和一个相对于倾斜的周围状态形成的新月形畴壁区组成。非轴对称Skyrmions的电流驱动运动表现出两个不同的时间制度：最初的Skyrmions旋转朝向电流流动的方向，随后沿着电流与Skyrmionic新月第一。根据蒂勒方程，拓扑电荷和耗散力张量的不对称分布对于赋予构成这种类似羽毛球运动的skyrmion的圆形和新月形组成部分不同的速度起着重要作用。此外，电流-速度关系取决于周围角相位的倾斜角，这使得特别是skyrmions的横向速度对它们的场驱动构型变换敏感。
2018-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization and current-induced motion of antiskyrmion in the presence of anisotropic Dzyaloshinskii-Moriya interaction
由于自旋电子学的基础研究兴趣和潜在的新应用，磁性拓扑缺陷引起了人们的极大关注。拓扑缺陷的丰富例子可以在纳米级非均匀自旋纹理中找到，例如单极子、畴壁、涡旋和skyrmions。近年来，由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用稳定的Skyrmion得到了广泛的研究。然而，反子的稳定化就不那么简单了。在这里，使用数值模拟，我们证明了反自旋可以是一个稳定的自旋配置中存在的各向异性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。我们发现电流驱动的反克尔米恩运动，有一个横向分量，即反克尔米恩霍尔效应。反skyrmion的回旋常数与skyrmion的相反，这使得电流驱动的耦合skyrmion-反skyrmion对的传播没有明显的skyrmion霍尔效应。反螺旋霍尔角强烈地依赖于电流方向，并且在临界电流方向上可以实现零反螺旋霍尔角。这些结果开辟了可能性，定制的自旋拓扑结构在纳米磁性，这可能是有用的新兴领域skyrmionics。
2017-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous direction for skyrmion bubble motion
磁skyrmions是局部拓扑激发，行为像粒子，可以移动，具有巨大的潜力，为新的数据存储设备。在这项工作中，电流感生的大Skyrmion气泡的动力学进行了研究。当观察到Skyrmion在与电子流相反的方向上运动时，这通常被解释为由自旋霍尔效应对手性Néel Skyrmion施加扭矩而产生的垂直自旋电流。通过设计样品中的净产生的自旋电流的方向可以仔细控制，我们令人惊讶地表明，skyrmion运动总是对电子流，无论净垂直自旋电流的方向。我们发现，一个负的散装自旋转移扭矩是最合理的解释所观察到的结果，这是定性合理的一个简单的模型，捕捉的基本行为。这些发现表明，关于基于电流诱导运动的Skyrmion手征的说法应该非常谨慎。
2018-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics of skyrmions in chiral magnets: dynamic phase transitions and equation of motion
研究了Skyrmions在金属手征磁体中的动力学行为。首先，我们表明，skyrmions可以动态地创建不稳定的铁磁背景状态通过自旋极化电流。然后，我们把skyrmions作为刚性粒子，并推导出相应的运动方程。Skyrmions的动力学是由马格努斯力主导的，这解释了在实验中观察到的Skyrmions的弱钉扎。最后讨论了Skyrmions的量子运动。
2014-01-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el nlin.PS
Motion-induced inertial effects and topological phase transitions in skyrmion transport
本文研究了铁磁系统中Skyrmions的电流惯性效应。{When动力学被认为超出了类粒子的描述，磁skyrmions可以变形，由于自感应场。我们进行蒙特卡罗模拟来描述Skyrmion在其运动过程中的变形。在低速区，Skyrmion形状的变形由与耗散力有关的有效惯性质量量化。当skyrmions移动得更快时，大的自诱导变形触发拓扑转变。跃迁的特征是Skyrmion的增殖和不同的总拓扑荷，这是根据Skyrmion速度得到的。我们的研究结果提供了一种替代的方式来描述skyrmion动力学，考虑到其结构的变形。此外，运动诱导的拓扑相变为利用速度效应控制铁磁skyrmions的数目提供了可能。
2020-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
AC current generation in chiral magnetic insulators and skyrmion motion induced by the spin Seebeck effect
我们表明，温度梯度诱导交流电流在多铁性绝缘体时，样品被嵌入在一个电路。我们还表明，热梯度可以用来移动绝缘手征磁体中的磁skyrmions：从热到冷区域的诱导磁振子流通过磁振子自旋转移力矩驱动相反方向的skyrmions。这两个结果相结合，计算skyrmion运动对交流电流产生的影响，并表明绝缘体中的skyrmion是一个很有前途的路线自旋热电子学的应用。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trochoidal motion and pair generation in skyrmion and antiskyrmion dynamics under spin-orbit torques
磁性磁膜中的斯基尔米子和反斯基尔米子的特征是描述自旋如何围绕其核心缠绕的拓扑电荷。该拓扑控制它们对刚性核心限制中的力的响应。然而，当内部核心激励相关时，动力学变得更加丰富。我们表明，电流引起的自旋轨道力矩可以导致的现象，如余摆线运动和skyrmion-antiskyrmion对生成，只发生在skyrmion或antiskyrmion，这取决于对称性的基础Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。这样的动力学是由核心变形引起的，导致了一个依赖于时间的螺旋度，它控制着Skyrmion和antiskyrmion核心的运动。我们通过原子自旋模拟，减少变量建模和机器学习算法的组合来计算动力学相图。它预测了自旋轨道力矩如何控制运动的类型以及通过反skyrmion播种产生skyrmion晶格的可能性。
2018-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic Generation and Guided Motion of Magnetic Skyrmions by Focused He$^+$-Ion Irradiation
磁skyrmions是具有非平凡拓扑结构的准粒子，被设想在下一代数据技术中发挥关键作用，同时由于其新兴的拓扑电荷而吸引了基础研究兴趣。在手性磁性多层膜中，电流产生的自旋轨道力矩或超快激光激发可以用来在皮秒时间尺度上使孤立的Skyrmion成核。然而，这两种方法都产生随机排列的skyrmions，这固有地限制了skyrmions成核位置的精度。在这里，我们表明，纳米图案的各向异性景观与他$^+$ -离子束创建定义良好的skyrmion成核网站，从而将skyrmion本地化到一个确定性的过程。这种方法可以实现控制单个skyrmion成核以及引导skyrmion运动与纳米级的精度，这是关键的skyrmion动力学和应用的未来基础研究。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Néel-type skyrmions and their current-induced motion in van der Waals ferromagnet-based heterostructures
自从铁磁二维（2D）范德华（vdW）晶体的发现以来，由于其吸引人的性质以及与其他二维家族的独特异质结构的集成，对这种2D磁体的极大兴趣已经出现。在已知的2D磁体中，自旋轨道耦合（SOC）稳定垂直磁各向异性（PMA）。如此强的SOC也可以提升手征简并度，导致通过Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用）形成拓扑磁性纹理，如skyrmions。本文报道了在vdW铁磁体Fe_3GeTe_2（FGT）中Néel型手征磁skyrmions及其晶格（SkX）形成的实验观察.我们证明了驱动单个skyrmion的能力，通过短电流脉冲沿VDW异质结构，FGT/h-BN，高度要求任何skyrmion为基础的自旋电子器件。使用实验支持的第一性原理计算，我们揭示的起源是与氧化物的界面，然后使我们能够工程师的vdW异质结构所需的手性状态。我们的发现打开了大门，拓扑自旋纹理的二维vdW磁铁和他们潜在的设备应用。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermally-activated skyrmion diffusion with tunable effective gyrotropic force
本研究通过在合成反铁磁体中调节角动量补偿来抑制有效回转力，使斯格明子的热激活扩散系数较铁磁斯格明子提升10倍以上，为节能型非传统随机计算提供了新途径。
2023-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Moiré Strain Skyrmions in Sliding Twisted Bilayers
Tongji University（同济大学）
本文通过连续弹性模型和对称性分析，提出了一种纯机械的莫尔应变斯格明子，其运动可通过层间滑动和双层手性控制，并表现出斯格明子霍尔效应，为手性材料信息传输器件提供了新范式。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced skyrmion motion via strip domain wall
当磁性Skyrmion在磁性纳米线中的自旋轨道扭矩下移动时，它们会经历Skyrmion霍尔效应，这会将它们推向纳米线边缘，在那里它们有被湮灭的风险;这对它们的驱动速度设置了上限。然而，同样的磁性多层包含skyrmions可以维持沿着纳米线长度的Néel型条带畴壁，潜在地保持skyrmions与边缘分离。在这里，我们研究了电流驱动的skyrmion和畴壁之间的相互作用，发现它们增加了湮灭电流，并允许skyrmion移动得更快。基于Thiele形式主义，我们确认，紧急纵向排斥力和修改后的能源景观连接到域壁负责增强skyrmion运动。此外，我们确定的纵向排斥力的出现，因为在skyrmion前面的局部磁化轴对称破缺。我们的研究揭示了来自不同同伦群的两个拓扑磁纹理之间相互作用的关键方面，并可能激发新的设备概念。
2020-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Brownian reservoir computing realized using geometrically confined skyrmions
水库计算（RC）已被认为是一个关键的计算原则，超越冯诺依曼计算。磁skyrmions，拓扑粒子般的自旋纹理在磁性薄膜是特别有前途的实施RC，因为它们强烈的非线性响应外部刺激和功能固有的多尺度动力学。然而，尽管有几个理论上的建议，存在Skyrmion水库计算，实验实现一直难以捉摸，直到现在。在这里，我们提出并实验证明了一种概念上的新方法，利用skyrmion RC的热激活扩散运动的skyrmion。通过限制电门控和热skyrmion运动，我们发现，已经是一个单一的skyrmion在一个有限的几何形状足以实现非线性可分离的功能，我们证明与所有其他布尔逻辑门操作的XOR门。除了这种通用性，水库计算的概念，确保低培训成本和超低功率运行的电流密度的数量级小于现有的自旋电子水库计算演示中使用的。我们提出的概念可以很容易地通过连接多个受限的几何形状和/或通过在储层中包括更多的skyrmions来扩展，这表明可扩展和低能量储层计算的高潜力。
2022-03-28 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
Alternative understanding of the skyrmion Hall effect based on one-dimensional domain wall motion
一个运动的磁skyrmion表现出横向偏转。这种所谓的斯基尔米恩霍尔效应可以用蒂勒方程来解释。在这里，我们提供了另一种解释的skyrmion霍尔效应的基础上的动态域壁包围skyrmion。我们与自旋力矩引起的局部旋转的畴壁段的Skyrmion核心的移动，解释在微磁水平上的Skyrmion霍尔效应。基于我们的直观解释，我们还表明，Skyrmion霍尔效应可以通过结合自旋转移和自旋轨道转矩来抑制，从而消除了利用skyrmion在设备中的主要障碍。
2022-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fast current-induced skyrmion motion in synthetic antiferromagnets
本文证明在补偿型合成反铁磁体中，斯格明子可被电流以高达900米每秒的速度沿电流方向驱动，且因净拓扑电荷抵消而消除霍尔效应，为快速自旋电子器件开辟了新途径。
2024-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral skyrmions in an anisotropy gradient driven by spin-Hall effect
最近已经证明了通过各向异性梯度和自旋霍尔效应的组合来驱动Skyrmion运动的策略。在这里，我们研究这种类型的运动相结合的微磁模拟和广义蒂勒方程的基本属性。我们发现，各向异性梯度驱动的skyrmion主要沿垂直于梯度的方向，由于保守的扭矩的一部分。由于阻尼力矩，沿平行于各向异性梯度的方向存在一些较慢的运动。当加入适当的自旋霍尔力矩时，各向异性梯度方向上的skyrmion速度可以得到增强。当skyrmion移动到各向异性变化的区域时，这种运动引起skyrmion的加速度。在实验中要正确估计skyrmion速度，就必须考虑这一现象。我们采用了蒂勒一样的形式主义，并推导出的速度和加速度的skyrmion，匹配非常好的微磁模拟结果的表达式。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of fast current-induced skyrmion motion in synthetic antiferromagnets
Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学）；Zhejiang University（浙江大学）
本文揭示合成反铁磁体中斯格明子高速运动的双重机制：宏观上通过陀螺力补偿抑制斯格明子霍尔效应，微观上通过增大磁振子带隙降低阻尼，从而解释其高迁移率。
2026-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Molecule Lattices Enabling Stable Transport and Flexible Manipulation
本文提出斯格明子分子晶格架构，通过对称性锁定使相反极化率的自旋斯格明子对形成稳定传播本征态，并结合边界工程技术实现对其产生、形变、湮灭和极化率反转的精确控制，在类石墨烯声表面波超材料中实验验证了稳定传输与灵活操控。
2025-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic bilayer-skyrmions without skyrmion Hall effect
由于Skyrmion的非平凡拓扑结构，其电磁场的产生可能会导致Skyrmion霍尔效应的产生，但由于Skyrmion在纳米轨道中的任何纵向运动都伴随着横向运动，因此这种效应可能会成为实际应用的障碍。这种效应的一个直接后果是，尽管它们具有拓扑保护，但在它们沿着纳米轨道的快速运动期间，在纳米轨道边缘处的skyrmions容易被破坏。在这里，我们提出了一个全新的解决方案，完全抑制这种斯基尔米恩霍尔效应，而不影响其拓扑性质的基础上的反铁磁耦合双层系统。我们发现，一对磁性skyrmions可以通过垂直电流注入成核在这样的双层系统或从电流驱动的畴壁对转换。一旦成核，skyrmion对可以通过电流引起的自旋力矩从垂直注入电流或面内电流移位。由于作用在每个skyrmion上的反作用力的抵消，skyrmion霍尔效应被完全抑制，导致skyrmion沿着电流方向的直线和快速运动。这一建议将通过引入双层自由度的系统的根本利益。此外，它提供了一种简单的方法来设计skyrmionic设备的传输特性，以实现所需的性能，使其非常有希望的实际应用，如超密度存储器和基于skyrmions的信息处理设备。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamics of a magnetic skyrmionium driven by spin waves
磁性Skyrmionium是一种类似Skyrmion的结构，但净Skyrmion数为零，可以用作非易失性信息处理设备的构建块。在这里，我们研究了由传播自旋波驱动的磁性Skyrmionium的动力学。研究发现，自旋波可以有效地驱动Skyrmion运动，表现出微小的Skyrmion霍尔效应，其迁移率比相同条件下的Skyrmion要好得多。我们还表明，skyrmionium迁移率依赖于纳米轨道的宽度和阻尼系数，并可以通过外部的面外磁场控制。此外，我们还证明了自旋波驱动的Skyrmionium运动是惯性的。我们的研究结果表明，skyrmionium是一个很有前途的积木构建自旋波自旋电子器件。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic strain-control of stability and current-induced motion of skyrmions in chiral magnets
外部磁场、温度和自旋极化电流通常用于产生和控制纳米级涡旋状自旋配置，例如磁skyrmions。虽然这些方法已被证明是成功的，但由于高功耗和耗散，它们不是节能的。磁致弹性（MEL）效应是磁性和机械变形之间的耦合，它为纳米尺度下的磁性控制提供了一种新的方法。在电子和自旋电子器件的长度尺度不断减小的背景下，这是非常有趣的。因此，它是可取的，以建立一个全面的框架，能够预测机械应力的影响，并使确定性控制的磁纹理和skyrmions。在这项工作中，使用先进的多尺度模拟和洛伦兹透射电子显微镜测量方案，我们证明了确定性控制的拓扑磁纹理和skyrmion创建在薄膜和赛道的手征磁体。我们的研究不仅考虑了单轴应力，而且考虑了薄膜器件中普遍存在的双轴应力。双轴应力，而不是单轴的，被证明是更有效地创建或湮灭skyrmions时，MEL系数和应变具有相同或相反的符号，分别。它也被证明是一种可行的方法来稳定skyrmions和控制其电流诱导运动的赛道记忆。我们的研究结果打开了部署的机械应力，以创建新的拓扑自旋纹理，包括merons，并在控制和优化的skyrmion为基础的设备的前景。
2020-02-24 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
Cooperative Charge Pumping and Enhanced Skyrmion Mobility
利用多体问题的统计物理方法，通过求解紧束缚模型下薛定谔方程的时间演化，研究了铁磁skyrmions稳态运动产生的电子抽运.结果表明，稳定运动的Skyrmions能够抽运大的电荷流是由于其非平凡的磁拓扑结构，即自旋动力和拓扑霍尔效应的共存.基于绝热散射理论，我们计算了泵浦电流，并证明了它与传导电子对skyrmion的反射系数成比例。最后，我们建议，这样的现象可以利用在赛道设备的上下文中，电子泵增强了集体运动的训练的skyrmions。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of hybrid magnetic skyrmion driven by spin-orbit torque in ferrimagnets
提出在亚铁磁体中实现混合磁性斯格明子的方案，理论与数值揭示自旋轨道力矩下其霍尔效应及动力学可由螺旋度、净角动量和DMI调控。
2022-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Wiggling skyrmion propagation under parametric pumping
我们解决的问题，如何磁skyrmions可以沿一个引导方向传播的参数泵浦。正如我们的微磁模拟所证明的那样，skyrmions很难单独由静态电场或静态磁场驱动。虽然磁各向异性可以通过电场来修改，但是具有振荡电场的参数泵浦只能激发呼吸模式。另一方面，静态磁场可以通过塞曼相互作用打破旋转对称性，但它不能作为推动skyrmion的能量来源。在这里，我们发现，一个垂直振荡的电场和一个平面内的静态磁场的组合可以驱动一个skyrmion经历沿着一个明确定义的轨迹摆动运动。当振荡场的频率接近呼吸运动的频率时，发生最有效的驱动。物理揭示在广义Thiele方程的参数泵浦激发的净自旋电流可以驱动的skyrmion传播通过角动量转移。与其他替代方案相比，我们的研究结果为以低功耗操纵金属和绝缘体中的skyrmions提供了新的可能性。振荡skyrmion运动也可以成为未来自旋电子应用的微波发生器，例如金刚石氮空位中心上的纳米工具。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilizing skyrmions in stepped magnetic devices for multistate memory
研究了多约束纳米轨道中磁skyrmions的动力学和稳定性。首先，研究了自旋转移矩（STT）作用下单个Skyrmion的运动。通过精确地调节电流脉冲的幅度和宽度，研究揭示了在每个约束中钉扎和稳定skyrmion的可能性。由于霍尔角的存在，skyrmion从顶部限制的脱钉需要两个具有可调时间延迟的脉冲，而对于底部限制的情况，单个脉冲足以使其脱钉。在两个skyrmion的情况下，一旦一个被钉扎在一个限制中，第二个稳定在最近的可用空态，并且在单个限制中不能看到超过一个skyrmion。最后，为了进一步证实这种行为，在相同的条件下，研究了大量的skyrmions的运动。结果表明，在每个态只存在一个Skyrmion的情况下，可以得到一个多态器件。Skyrmions可以沿着纳米轨道移动，直到它们在设备的末端被消灭。
2023-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photonic orbital angular momentum transfer and magnetic skyrmion rotation
磁性Skyrmion是一种手性准粒子，由于其拓扑稳定性，小尺寸（通常为$\sim3-500$ nm）和超低阈值力来驱动其运动，因此有望用于未来的自旋电子应用，如Skyrmion赛道存储器和逻辑器件。另一方面，光以光学涡旋的形式携带和传递轨道角动量（OAM）的能力吸引了很多兴趣。在这项工作中，我们预测的光子OAM传输效果，通过研究磁skyrmion受到拉盖尔-高斯光学涡旋，这表明围绕光束轴的skyrmion准粒子的旋转运动的动力学。光学涡旋的拓扑荷决定了Skyrmions旋转速度的大小和旋向。在我们的提议中，扭曲的光束充当光学镊子，使我们能够在磁性薄膜中的大规模缺陷上移动skyrmions，以避免被捕获。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion dynamics in a frustrated ferromagnetic film and current-induced helicity locking-unlocking transition
螺旋度-轨道耦合是阻挫磁体中磁skyrmions的一个有趣的特征。本文基于$J_{1}$ - $J_{2}$-$J_{3}$经典海森堡模型，考虑偶极-偶极相互作用，研究了阻挫磁体中Skyrmion的动力学.由于偶极-偶极相互作用，skyrmion能量获得螺旋度依赖性，导致具有固定螺旋度的电流诱导平移运动。最低的能量状态是简并布洛赫型状态，其可用于构建二进制存储器。通过增加驱动电流，发生螺旋度锁定-解锁转变，其中平移运动改变为旋转运动。此外，我们证明了两个skyrmion可以自发地形成一个束缚态。研究了驱动电流对束缚态分离的影响。此外，我们还证明了一对skyrmion和antiskyrmion的湮灭。我们的研究结果表明，独特的挫折skyrmions可能使可行的应用在拓扑磁性。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Energy-efficient antiferromagnetic skyrmion creation and its dynamics in structure-dependent magneto-elastic coupling
本文提出利用表面声波诱导动态应变在反铁磁体中节能成核斯格明子，并通过Thiele方法揭示NiO型/CoO型材料中磁弹耦合对斯格明子动力学的调控机制。
2025-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Theory of Current-Induced Motion of Magnetic Skyrmions
针对电流诱导磁斯格明子运动因多因素呈现多样行为的问题，本文基于Thiele方程建立系统理论，结合微磁模拟验证，揭示运动特性与多参数的依赖关系，为自旋电子学应用提供基础理论支持。
2025-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Skyrmion lattice creep at ultra-low current densities
磁性skyrmions非常适合于编码信息，因为它们是纳米尺寸的，拓扑稳定的，并且只需要超低的临界电流密度$j_c$就可以从下面的原子晶格中脱钉。上图中的$j_c$，skyrmions的运动控制得很好，这使它们成为赛道记忆的主要候选者。在薄膜热激活蠕变运动的孤立skyrmions观察到低于$j_c$的理论预测。不受控制的Skyrmion运动对赛道记忆是有害的，并且还没有完全理解。值得注意的是，体材料中skyrmion晶格的蠕变仍有待探索。在这里，我们使用共振超声光谱-一种对skyrmion和原子晶格之间的耦合高度敏感的探针-在原型skyrmion晶格材料MnSi中，脱钉发生在$j_c^*$，仅为$j_c$的4%。我们的实验与安德森-金蠕变理论非常一致，并使我们能够揭示一个新的动态制度，在超低电流密度的特点是热激活skyrmion晶格蠕变与应用程序的重要后果。
2020-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Magnetic Skyrmion Field-Effect Transistors
磁skyrmions是相当感兴趣的低功耗存储器和逻辑器件，因为高速低电流和高稳定性，由于拓扑保护。我们提出了一种基于门控Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的Skyrmion场效应晶体管。所提出的skyrmion场效应晶体管的一个关键工作原理是skyrmion的大横向运动，这是由空间不均匀的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用引起的有效平衡阻尼式自旋轨道扭矩引起的。这种大的横向运动可以被归类为斯基尔米恩霍尔效应，但以前没有认识到。该器件能够进行多位运算和布尔运算，有望成为一种基于磁孤子的低功耗逻辑器件。
2019-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Diffusionless relaxation of half-skyrmion liquid, hexatic, and crystalline states in a chiral molecular crystal
本文研究手性分子晶体中半斯格明子凝聚相的弛豫机制，发现融合-裂变而非扩散主导结构弛豫，并揭示扩散受笼子抑制和Mermin-Wagner涨落增强而呈亚扩散行为，为高密度准粒子操控提供依据。
2024-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Dynamics of antiferromagnetic skyrmion in absence and presence of pinning defect
反铁磁skyrmion动力学的理论研究对于揭示其物理机制以及理解数值和实验观测结果是必不可少的。在这项工作中，我们提出了一个可靠的理论处理的自旋电流诱导运动的AFM skyrmion钉扎缺陷的存在和不存在。对于一个理想的原子力显微镜系统的缺陷，skyrmion的运动速度作为一个函数的内参数可以推导出的基础上的概念，skyrmion的轮廓符合360畴壁公式，导致明确的描述skyrmion动力学。然而，对于含有缺陷的AFM晶格，skyrmion可以被钉扎，并且脱钉场作为阻尼常数和钉扎强度的函数可以由Thiele方法描述。结果表明，skyrmion轨道的含时振荡对脱钉行为有显著影响。目前的理论提供了一个全面的情况下操纵AFM skyrmion的动力学，为未来的反铁磁体的基础上的自旋电子应用提供信息。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Configurable pixelated skyrmions on nanoscale magnetic grids
拓扑自旋纹理可以用作非易失性信息载体。在这里，我们研究的电流感应动力学的一个孤立的磁skyrmion的纳米级的正方形网格钉扎图案所形成的正交缺陷线与减少磁各向异性。正方形网格上的skyrmion可以用网格的量化尺寸像素化。我们证明了在正方形网格上的skyrmion的位置，大小和形状是电配置。Skyrmion中心被量子化到网格上，并且Skyrmion可能显示跳跃运动而不是连续运动。我们发现，由于栅极的钉扎效应，Skyrmion霍尔效应可以被完全抑制。像素化的skyrmion可以用来构建未来的可编程赛道存储器，多态存储器和逻辑计算设备。我们的研究结果将为基于人工钉扎图案的像素化拓扑自旋纹理的数字信息存储和计算奠定基础。
2021-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Self-Focusing Skyrmion Racetracks in Ferrimagnets
本文从理论上研究了非均匀金属薄膜中亚铁磁skyrmions在角动量补偿点附近的动力学行为。特别是，它示出的线的消失角动量可以被用作自聚焦赛道的skyrmions。为此，我们首先推导出的动力学共线亚铁磁体在存在的充电电流的运动方程。所得运动方程在两个特殊极限下退化为铁磁体和反铁磁体的运动方程。在集体坐标方法中，Skyrmion表现为在受到磁场的粘性介质中运动的大质量带电粒子。类似于电子在非均匀磁场中的蛇形轨道，我们证明了具有非均匀角动量密度的亚铁磁体可以呈现出skyrmions的蛇形轨道，这些轨道可以作为skyrmions的跑道。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic Skyrmions: Theory and Applications
利用场论方法和相干自旋态方法，研究了时空中磁孤子的性质，重点研究了一维扭结、二维和三维Skyrmions。我们还研究了刚性Skyrmion在电子自旋诱导的磁背景中的溶解情况，导出了有效刚性Skyrmion的运动方程。我们还研究了电子与三维skyrmion之间的相互作用。
2022-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
