A reversible conversion between a skyrmion and a domain-wall pair in junction geometry
Skyrmion是连续场论中的一种拓扑结构。近年来，手征磁体中Skyrmion的实验观测，引起了人们对它的广泛研究。Skyrmion有望成为下一代自旋电子设备Skyrmionics的关键组件。另一方面，存在由畴壁序列编码的完善的存储器装置。Skyrmion带有拓扑数，而畴壁则没有。尽管如此，我们表明，通过连接宽和窄的纳米线，使skyrmion器件和畴壁器件之间的信息传输之间的转换是可能的。我们的研究结果将是由skyrmions和域壁，其中域壁中的编码信息被转换成skyrmions，然后通过转换skyrmions回域壁后的skyrmions的功能控制读出的混合设备的基础。
2014-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Domain wall-gated skyrmion logic
Skyrmions和畴壁是典型的自旋织构，与磁存储器和逻辑应用具有重要的技术相关性，在磁存储器和逻辑应用中，它们被用作信息的载体。与畴壁相比，Skyrmions的独特拓扑结构使其显示出独特的动力学性质。一些研究表明，这两个拓扑不等价的磁性物体可以通过巧妙设计的几何结构相互转换。在这里，我们数值解决的skyrmion畴壁碰撞的磁跑道通过引入相对运动的基础上，一个专门设计的结的两个对象之间。电流作为驱动力，使skyrmion移向被捕获的畴壁对。我们观察不同类型的碰撞动力学通过改变驱动参数。最重要的是，在该系统中实现了Skyrmion输运的畴壁调制，允许构造一组畴壁门控逻辑非门、与非门和或非门。通过提供一种与赛道存储器完全兼容的有前途的逻辑架构，这项工作有望加快基于skyrmion的磁计算的发展。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall 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
Engineering Chiral and Topological Orbital Magnetism of Domain Walls and Skyrmions
缓慢移动通过手性磁织构的电子可以有效地描述为好像它们受到来自实空间拓扑的电磁场的影响。这种绝热观点在预测手征磁体的物理性质方面是非常成功的。在这里，基于严格的量子力学方法，我们解开出现的手性和拓扑轨道磁性在一维和二维自旋系统。我们发现在绝热极限下量子化的轨道磁性可以理解为对出射磁场的Landau-Peierls响应。我们的中心结果是，在界面skyrmions和畴壁的自旋-轨道相互作用，可以用来调整轨道磁性的数量级合并的实空间拓扑结构的拓扑结构在倒易空间。我们的研究结果指出了手征自旋系统轨道性质实验工程的路线，从而为手征轨道电子学领域铺平了道路。
2018-07-13 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
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
Hybrid chiral domain walls and skyrmions in magnetic multilayers
自从发现界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用以来，铁磁薄膜中的非共线自旋织构一直是人们研究的热点。这种反对称交换相互作用选择一个给定的手征自旋纹理，并允许稳定的配置与非平凡的拓扑结构。此外，它对这些拓扑结构的动力学性质有许多重要的影响，包括手征畴壁（DW）和磁skyrmion。近年来，对非共线自旋织构的研究已从单磁性多层膜扩展到具有破缺反转对称性的磁性多层膜。这种结构在垂直方向上的延伸使得Néel DW和skyrmions都能非常有效地进行电流诱导运动和室温稳定性。在这里，我们展示了如何在这样的多层系统的层间相互作用，实际上可以导致更复杂的，混合手性磁化安排。所描述的厚度相关的重新取向的DW实验证实通过研究退磁多层膜，通过圆二色性在X射线共振磁散射。我们还证明了一个简单而可靠的方法，用于确定的幅度从静态域的测量，即使在这些混合手性结构的存在下，通过考虑到实际配置文件的DW。这些新的混合手性纹理的出现具有深远的影响，如何稳定和操纵DW以及skymionic结构的磁性多层膜。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the conductance of single-walled carbon nanotubes by ion irradiation in the Anderson localization regime
碳纳米管是一维晶体的一个很好的实现，基础科学和潜在的纳米器件应用融合在一起。已知缺陷会改变碳纳米管的电阻。它们可以存在于生长的碳纳米管中，但是从外部控制它们的密度打开了一条通往调整纳米管电子特性的道路。在这项工作中，连续Ar+照射剂量施加到单壁纳米管（SWNT）产生均匀密度的缺陷。在每次剂量后，测量室温电阻与沿纳米管的SWNT长度[R（L）]的关系。我们的数据显示出指数依赖的R（L），表明该系统是在强安德森局域化制度。理论模拟表明，主要是双空位有助于由辐照引起的电阻增加，并且仅0.03%的双空位在400 nm的单壁碳纳米管长度的电阻中产生三个数量级的增加。
2005-11-23 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
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
Magnetic domain wall Skyrmions
重金属/铁磁体异质结构中的自旋-轨道相互作用导致了显著的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction，Dzyaloshinski-Moriya Interaction），该作用改变了磁畴壁（DWs）的内部结构，使Néel型结构优于Bloch型结构。然而，这种转变对内部DW缺陷（例如，垂直布洛赫线）尚未探索。我们提出了一个组合的分析和微磁计算来描述一种新的类型的拓扑激励称为DW Skyrmion的特点是由一个$360^\circ$旋转的内部磁化在Dzyaloshinskii DW。我们进一步提出了一种方法来识别DW Skyrmions实验使用菲涅耳模洛伦兹TEM的DW Skyrmions使用这种技术的模拟图像的基础上的微磁学结果。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Deterministically switching the Bloch chirality of domain walls and skyrmions: the Dzyaloshinskii astroid
我们提出了一种确定性控制的磁畴壁和skyrmions的布洛赫手征的机制，起源于界面Dzyaloshinskii $-$ Moriya相互作用之间的相互作用（？）和垂直的磁场。虽然传统的界面散射有利于手征Néel skyrmions，但它不会破坏混合Bloch $-$ Néel skyrmions中两种Bloch手征的能量对称性。然而，布洛赫手性之间切换的能量势垒确实取决于旋转的方向，这是由驱动场的方向决定的。我们的分析和微磁学分析的稳态Dzyaloshinskii域壁动力学的高潮在一个开关图类似于斯通纳$-$ Wohlfarth星状体，揭示了存在的非手性，手性和旋进布洛赫制度，我们进一步表明，鉴于建立充满活力的模型，skyrmions应表现出相同的基本行为。最后，我们讨论了最近的理论垂直布洛赫线$-$介导的确定性布洛赫手征的岁差制度，并将这些参数较低的驱动领域。这项工作建立了磁孤子的布洛赫手征可以切换的需求与应用领域，所示的Dzyaloshinskii星形。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid micromagnetic and atomistic modeling of magnetization dynamics induced by engineered defects
Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文系）；WISE - Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文系瓦伦堡可持续性材料科学倡议）；PDC Center for High Performance Computing, KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院PDC高性能计算中心）
本文提出一种三维多尺度方法，研究工程缺陷诱导的磁化动力学，通过双缝结构和可调各向异性原子簇探讨领域壁和自旋波干涉及拓扑结构变化。
2026-04-15 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
Gate-controlled skyrmion and domain wall chirality
磁skyrmion是本地化的手征自旋纹理，它提供了很大的希望，存储和处理信息在纳米尺度。在不对称交换相互作用的存在下，它们的手性，这决定了它们的动力学，通常被认为是在样品沉积过程中的内在参数集。在这项工作中，我们实验证明，栅极电压可以控制这个关键参数。我们探测的手征的skyrmions和手征畴壁通过观察其电流诱导运动的方向，并表明，栅极电压可以扭转it. This本地和动力学反转的手征是由于一个符号反转的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，我们归因于在栅极电压下的氧离子迁移。微磁学模拟表明，手性反转是一个连续的变换，其中skyrmion是守恒的。这种利用2 - 3 V栅极电压对手性的控制可用于基于skyrmion的逻辑器件，产生新的功能。
2022-09-07 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
Amorphous Ferrimagnets: an Ideal Host for Ultra-Small Skyrmions at Room Temperature
近年来，磁性skyrmion已成为磁性材料研究中的一个活跃的基础研究和应用课题。磁skyrmions是具有拓扑保护的涡旋状自旋激发，因此与磁畴壁相比对钉扎更鲁棒。我们采用原子模拟，以创造室温超小尼尔skyrmions在非晶亚铁磁体。超小亚铁磁skyrmion的快速传播和低耗散动力学使它们成为基于自旋的存储器和逻辑器件中畴壁的替代品。
2019-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of nonlinear anisotropic damping in the magnetization dynamics of topological solitons
非线性各向异性阻尼的后果，驱动薄铁磁金属中存在的Rashba自旋轨道耦合，检查拓扑磁孤子，如畴壁，涡旋和skyrmions的动力学。阻尼被发现影响布洛赫和Néel墙不同的稳定状态制度下沃克崩溃，并导致单调增加的壁速度以上的过渡为大值的Rashba系数。对于涡旋和skyrmions，广义的阻尼张量内的Thiele形式主义。据发现，手征成分的阻尼影响涡和刺猬般的skyrmions以不同的方式，但占主导地位的效果是在粘性阻尼的整体增加。
2015-06-04 cond-mat.mtrl-sci
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
Hybrid Skyrmions in Magnetic Multilayer Thin Films are Half-Integer Hopfions
该研究证明多层磁性薄膜中的混合斯格明子可描述为半整数霍普夫子，其三维畴壁螺旋性扭转形成霍普夫纤维化纽结结构，从而解释了其在环境条件下的优异稳定性，并建立了表面畴壁螺旋性与拓扑荷之间的直接联系。
2024-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion stabilization at the domain morphology transition in ferromagnet/heavy metal heterostructures with low exchange stiffness
我们报道了在室温下在几种Pt/Co基薄膜异质结构中的微米级磁skyrmions的实验观察，这些异质结构被设计成具有低交换刚度、垂直磁各向异性和适度的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iiiT）。我们发现，无论是实验和微磁学和分析建模，低交换刚度和适度的iFLOW的组合行动消除了充满活力的惩罚与形成畴壁的薄膜异质结构。当畴壁能量密度接近负值时，锐钛矿畴形态从均匀状态转变为锐钛矿条纹相。在Pt/Co、Pt/Co/Ni和Pt/Co/Ni/Re结构中，通过将Co厚度减小到居里温度极限（<0.3nm）来实现低交换刚度（由居里温度降低到400 K以下表示）。当Ni层与Cu合金化时，在较厚的Pt/Co/NixCu 1-x结构中发生类似的效果。在畴形态的这种转变处，当施加小的（< 1 mT）垂直磁场时，skyrmion相稳定，并且观察到包括skyrmion霍尔效应的电流诱导的skyrmion运动。观察到的温度和厚度引起的形态相变是类似的充分研究的自旋重取向转变发生在的限制，但我们发现，基本的能量平衡的存在下，一个irons的修改。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci
The skyrmion switch: turning magnetic skyrmion bubbles on and off with an electric field
纳米磁性Skyrmions被认为是未来自旋电子学存储和逻辑器件的潜在信息载体。这样的应用将需要控制它们的局部产生和消灭，这涉及到迄今为止要么消耗能量要么难以集成的解决方案。在这里，我们展示了使用电场门控，一个容易集成和潜在的能量有效的解决方案的skyrmion气泡的成核和湮灭的控制。我们提出了一个详细的稳定图的skyrmion气泡在Pt/Co/氧化物三层，并表明，它们的稳定性可以通过施加电场控制。分析气泡模型，与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用嵌入在畴壁能量，占观察到的电skyrmion开关效应。这使我们能够揭开起源的电控制的skyrmion稳定性，并表明，磁偶极相互作用和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用中发挥重要作用的skyrmion气泡稳定。
2017-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and room temperature skyrmions in W/CoFeB/MgO thin films and microwires
最近的研究表明，缺乏结构反转对称性和具有高自旋轨道耦合的材料结构可以表现出手性磁织构和skyrmions，这可能是下一代存储设备的关键组成部分。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya Interaction）是一种反对称的交换相互作用，有利于相邻自旋的非共线取向。已经表明，具有高介电常数的材料系统可以通过自旋轨道力矩导致非常有效的畴壁和skyrmion运动。为了设计这样的装置，重要的是量化给定材料系统的介电常数。在这里，我们提取的重金属（HM）/铁磁体（FM）接口处的重金属，使用两个互补的测量方案，即不对称畴壁运动和磁条湮灭。通过使用两种不同的测量方案，我们发现对于W（5 nm）/Co20 Fe 60 B20（0.6nm）/MgO（2nm），λ分别为0.68 +/-0.05mJ/m2和0.73 +/-0.5mJ/m2。此外，我们表明，这种稳定的skyrmions在室温下，并有一个很强的依赖性的CoFeB合金的相对组成上的稳定的skyrmions。最后，我们使用不同的生长条件优化的层和界面，并证明，更高的沉积速率导致更均匀的膜，减少钉扎和skyrmions，可以操纵的自旋轨道扭矩。
2017-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Full phase diagram of isolated skyrmions in a ferromagnet
磁skyrmions是一种拓扑准粒子，由于其小尺寸、高稳定性和易于通过电流操纵而在数据存储应用中引起极大兴趣。然而，在理论上，由于现有的理论不适用于小的skyrmion尺寸和有限的材料厚度，因此对skyrmion的了解很少。在这里，我们提出了一个完整的理论框架，以确定在任何材料中的任何skyrmion的能量，假设只有一个圆对称的360 $^\circ$域壁轮廓和均匀的磁化分布在面外方向。我们的模型完全符合现有的实验数据和微磁模拟。令人惊讶的是，我们可以证明，没有拓扑保护的skyrmions。我们发现并证实了新的阶段，如双稳定性，一种迄今为止在磁性中未知的现象。我们的模型的出色的计算性能和精度，使我们能够获得完整的静态skyrmion的相图，并解决逆问题，找到材料对应于给定的skyrmion属性，一个里程碑的skyrmion工程。
2017-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Bloch-to-Néel domain wall transition evinced through morphology of magnetic bubble expansion in Ta/CoFeB/MgO layers
具有垂直磁各向异性的Ta/CoFeB/MgO三层通常以界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）的消失或适度值为特征，这导致纯布洛赫或混合布洛赫-内尔畴壁（Dzyaloshinski-Moriya domain wall，DW）。在这里，我们调查的蠕变演变的整体磁泡形态在这些系统下的面内和面外磁场的组合存在下，我们表明，他$^+$离子辐照诱导的内部DW结构向一个完全Néel自旋织构的过渡。这种转变可以关联到的同时增加的磁感应强度和饱和磁化强度的减少-这是一个直接的后果，分别对底部和顶部的CoFeB界面上的离子辐照的影响。实验发现，DW获得纯Néel特征的阈值辐照剂量在12 $\times$ 10 $^{18}$ He $^+$ /m $^2$和16 $\times$ 10 $^{18}$ He $^+$ /m $^2$之间，与基于材料参数的一维DW模型的估计相匹配。我们的研究结果表明，评估其膨胀过程中的全球气泡的形状可以是一个有效的工具来感测内部气泡DW结构。此外，我们表明，离子辐照可以用来实现所需的DW自旋织构的生长后工程。
2019-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Contact-free reversible switching of improper ferroelectric domains by electron and ion irradiation
该研究利用 FIB 与 SEM 通过电子和离子辐照产生表面充电，在无电触点条件下实现 ErMnO$_3$ 非本征铁电畴的可逆三维翻转，并揭示畴壁运动及新畴成核生长机制。
2020-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring interfacial effect in multilayers with Dzyaloshinskii-Moriya interaction by helium ion irradiation
我们提出了一种方法来控制多层膜的磁界面效应与Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（ESTA）使用氦（He $^{+}$）离子照射。我们报告的结果SQUID磁强计，铁磁共振，以及布里渊光散射结果的多层膜与辐照能量密度的函数，以研究辐照对多层膜的磁性能的影响。我们的研究结果表明，He $^{+}$辐照对磁性能的影响是一致的界面改性，由于He $^{+}$辐照的影响，明确的证据。这种外部自由度提供了有希望的前景，以进一步改善多层膜中磁性skyrmions的控制，这可能会推动它们在未来技术中的集成。
2021-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computing and Memory Technologies based on Magnetic Skyrmions
孤波磁激发，如畴壁，特别是skyrmionics，使紧凑，高密度，超快，全电子，低能量设备的可能性，这是skyrmionics新兴领域的基础。Skyrmion自旋的拓扑缠绕影响它们的整体寿命，能量和动力学行为。在这篇综述中，我们讨论skyrmionics在当今的固态存储器景观的背景下，并显示它们的大小，稳定性和流动性可以通过材料工程控制，以及它们如何可以成核和检测。铁磁体在其补偿点附近是这种应用的重要候选者，导致对非晶CoGd的详细探索以及对新兴材料如Mn $_4$ N和Inverse Heusler合金的研究。除了材料特性外，几何参数如薄膜厚度、缺陷密度和缺口可用于调整skyrmion特性，如它们的尺寸和稳定性。然而，拓扑结构可以是一把双刃剑，特别是对于孤立的亚稳skyrmions，因为它带来了稳定性的额外阻尼和偏转马格努斯力相比，域壁的成本。Skyrmion变形响应力也使他们本质上慢于畴壁。我们探讨潜在的模拟应用skyrmions，包括在低密度的时间记忆，和decorrelator的随机计算在一个更高的密度，利用它们的相互作用。我们总结了实现skyrmionics技术的主要挑战，包括保持非常高的精度，电读出，特别是对于小亚铁磁skyrmion，确定性成核和湮灭，以及整体集成与相关的电路开销的数字电路的位置稳定性。
2021-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impacts of the half-skyrmion spin topology, spin-orbit torque, and dynamic symmetry breaking on the growth of magnetic stripe domains
该研究通过实验与解析建模，揭示了自旋轨道矩诱导的磁条纹畴横向生长的新机制，发现畴壁磁矩动态重构而非半斯格明子拓扑是类斯格明子霍尔效应运动的成因，阐明了自旋轨道矩对畴生长方向的调控作用。
2023-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic skyrmion bubbles in ultra-thin epitaxial Au$_{0.67}$Pt$_{0.33}$/Co/W films
我们研究了超薄外延Au $_{0.67}$ Pt $_{0.33}$ /Co/W体系的磁性对称性和由此产生的磁性织构。作为一个独特的功能，C $_\mathrm{2v}$晶体的对称性引起的Co/W界面在钴层中的额外的单轴面内磁各向异性。具有磁灵敏度的光电子发射显微镜揭示了自组织磁条畴的形成，其取向平行于硬面内磁化轴。我们将这种行为归因于沿该轴取向时较低的畴壁能量，其中，双晶和面内磁各向异性都有利于Néel畴壁配置。各向异性的畴壁能量也导致在弱的面外磁场中形成椭圆形Skyrmion泡。
2020-08-03 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
Current-Controlled Skyrmionic Diode
为了解决传统的基于电荷的技术目前所遇到的许多挑战和瓶颈，正在积极探索各种替代方案，以在超过摩尔时代提供设备小型化和缩放的潜在解决方案。在这些替代方案中，自旋电子学物理和器件最近通过利用电子自旋的附加程度而吸引了迅速增长的兴趣。例如，已经通过操纵畴壁运动实现了磁畴壁赛道存储器和逻辑器件。与基于畴壁的器件相比，磁skyrmions具有超小尺寸（通常直径为5-100 nm）、容易的电流驱动运动、拓扑稳定性和独特的涌现电动力学等优点，有望在下一代电子学中应用于超过摩尔的领域。在这项工作中，磁meron二极管，这表现得像一个PN结二极管，是第一次证明，通过剪裁电流控制的单向运动的边缘meron（即，分数skyrmions）在纳米轨道与界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。的梅龙二极管的工作原理，理论上预期从蒂勒方程的拓扑磁性物体，进一步验证了微磁模拟。目前的研究揭示了磁性物体的拓扑无关的输运性质，并有望打开前景的集成复合电路，统一的数据存储和处理，基于一个单一的磁性芯片，作为一个构建块，可以使用meron二极管，开发复杂的逻辑组件，或作为一个信号控制器，互连skyrmion，畴壁，甚至自旋波器件。
2016-04-05 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
Role of magnetic anisotropy constant orders and thermal noise on skyrmion formation in the Co/Pt square nanostructure
本文研究Co/Pt方形纳米结构中斯格明子的受控形成，发现电流诱导自旋转移力矩及高阶磁各向异性常数和温度均影响其生成与稳定。
2025-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Néel-Bloch magnetic twists in Fe3GeTe2 with van der Waals structure
二维范德瓦尔斯（vdW）磁体中铁磁性的出现激发了人们对探索拓扑磁性纹理的高度兴趣，例如用于未来基于skyrmion的自旋电子器件的skyrmion。为了在vdW磁体中通过将Bloch型磁泡转化为Néel型skyrmion来设计skyrmion，在重金属/vdW磁性薄膜的异质结构中诱导界面Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用）.然而，vdW磁体固有的磁性纹理的明确识别，例如，磁扭曲（skyrmions/畴壁）是Néel型还是布洛赫型，目前还不清楚。在这里，我们证明了Néel或布洛赫型磁扭曲可以调谐的vdW磁体Fe 3GeTe 2（FGT）与/无界面的双折射。我们使用面内磁场来对准磁化的调制波矢q，以区分Néel型或布洛赫型磁扭曲。我们观察到，q是垂直于在异质结构（Pt/氧化-FGT/FGT/氧化-FGT）的面内场，而q对齐在一个旋转的角度相对于薄块FGT在薄板中的场方向。我们发现，对齐的畴壁扭曲持有扇形调制，符合定性与我们的计算结果。
2021-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Tuning of perpendicular magnetic anisotropy in Bi-substituted yttrium iron garnet films by He$^+$ ion irradiation
本研究通过He+离子辐照实现Bi-YIG薄膜磁各向异性的连续调控，揭示了应力弛豫调控机制，观测到磁泡畴并验证了辐照效应的可退火逆转性。
2024-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Hall Effect Revealed by Direct Time-Resolved X-Ray Microscopy
磁skyrmion是非常有前途的候选人，为未来的自旋电子应用，如skyrmion赛道存储器和逻辑器件。他们表现出异国情调和复杂的动力学拓扑结构所支配的缺陷，如边缘粗糙度的影响较小，比常规使用的域壁。特别是，它们的有限拓扑电荷导致预测的“skyrmion霍尔效应“，其中电流驱动的skyrmion获得类似于传统的霍尔效应中的带电粒子的横向速度分量。在这里，我们提出了纳米泵浦探测成像，首次揭示了电流诱导的自旋轨道力矩（SOT）驱动的skyrmions的实时动态。我们发现Skyrmions以一个定义明确的角度Θ_{SH}运动，该角度可以超过30°，但与理论预期相反，Θ_{SH}随速度线性增加，至少达到100 m/s。我们解释我们的观察的基础上结合一个类似场的SOT的内部模式激发，表明人们必须超越通常的刚性skyrmion描述解开动态。
2016-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Tuning of the Dzyaloshinskii-Moriya Interaction by He$^+$ ion irradiation
本研究结合实验与 Monte-Carlo 模拟，证明 40 keV He$^+$ 离子辐照可通过调控界面无序来改变 Ta/CoFeB/Pt/MgO 中的 DMI，为纳米尺度局域设计 skyrmion 存储器提供途径。
2022-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion-skyrmion and skyrmion-edge repulsions in skyrmion-based racetrack memory
磁skyrmions是有前途的建设下一代磁存储器和自旋电子器件，由于其稳定性，小尺寸和极低的电流需要移动它们。特别是，基于skyrmion的赛道存储器对于信息技术是有吸引力的，其中skyrmion用于将信息存储为数据比特而不是传统的畴壁。在这里，我们用数值方法证明了skyrmion-skyrmion和skyrmion-edge排斥对基于skyrmion的赛道记忆的可行性的影响。研究了轨道上连续Skyrmionic钻头间距的可靠性和实用性，以及调整间距的能力。在赛道的尽头发现了Skyrmion位的堵塞，导致Skyrmion尺寸的减小。此外，我们展示了一种有效而简单的方法，以避免堵塞的skyrmionic位，这确保了消除skyrmionic位以外的阅读元件。我们的研究结果为未来基于Skyrmion的赛道存储器的设计和开发提供了指导。
2015-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diverse corrugation pattern in radially shrinking carbon nanotubes
在连续介质力学近似下，研究了电子束辐照下多壁碳纳米管的稳定截面。sp $^2$石墨片的自修复性质意味着最外壁的选择性辐照导致其径向收缩，而其余内壁未受损。收缩的壁在纳米管的内部施加高压，产生各种各样的径向取向图案（{ \it，即，}在横截面中的周向波纹结构）。所有的形变模式都可以分为两个形变阶段，在这两个阶段中，最内壁的形变振幅有很大的不同。
2010-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-driven skyrmion dynamics in disordered films
本文对无序非均匀磁化薄膜中磁skyrmions的电流驱动动力学进行了理论研究。模拟的无序作为一个粒状结构，其中的局部各向异性随机变化，从晶粒到晶粒。skyrmion速度计算不同的无序参数和合奏。对于由于面内电流和自旋霍尔效应引起的自旋扭矩，可以看到类似的行为，其中可以在低电流下识别钉扎机制，在较高电流下向无无序情况过渡，类似于无序膜中的畴壁运动。此外，还发现了与电流相关的Skyrmion霍尔效应和纤芯半径的涨落，这是由于与钉扎势的相互作用引起的。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin structure relation to phase contrast imaging of isolated magnetic Bloch and Neel skyrmions
磁Skyrmions是未来的存储设备与大的数据密度有前途的候选人。已经发现了各种各样的材料，其宿主skyrmions高达室温范围。洛仑兹显微镜通常在透射电子显微镜（TEM）中进行，是表征真实空间中Skyrmion样品的最重要工具之一。使用数值计算，这项工作涉及的TEM中的相位衬度的实际磁化曲线的一个孤立的尼尔或布洛赫skyrmion，两个最常见的skyrmion类型。在所使用的skyrmion模型的框架内，结果是独立的skyrmion的大小和壁的宽度和规模与样品的厚度为纯磁性标本。简单的规则，提供了提取的实际Skyrmion配置纯布洛赫或尼尔skyrmion，而不需要模拟。此外，第一微分相衬（DPC）的测量尼尔skyrmions，满足实验预期，并展示所描述的原则。这项工作是相关的材料科学，它使工程的skyrmion配置文件通过方便的表征。
2020-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Dynamics in the Presence of Deformation
磁skyrmions是一种拓扑自旋织构，有望用于未来的高密度和非易失性存储器。理解存在形变时电流驱动的skyrmion动力学是至关重要的，然而，其分析模型仍然难以捉摸。在这里，我们扩展Thiele的模型，同时考虑径向和切向力。我们的模型将Skyrmion形变归因于电流引起的旋转对称性破缺，其中包括磁化倾斜和畴壁宽度变化。我们的预测skyrmion半径和非线性动力学与微磁学模拟结果是一致的。此外，我们还证明了通过施加面内磁场，可以抑制skyrmion的形变，甚至可以实现skyrmion的压缩。我们的模型提供了一个通用的方法来分析skyrmion变形，并可能启发应用程序的基础上非线性skyrmion动力学。
2021-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inducing a Tunable Skyrmion-Antiskyrmion System through Ion Beam Modification of FeGe Films
本研究通过2.8 MeV Au⁴⁺离子不同注量辐照外延B20相FeGe薄膜调控无序结构，构建出可调谐斯格明子-反斯格明子系统，观测到对应双峰特征的强拓扑霍尔效应，为相关器件研发和理论验证提供了实验平台。
2024-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Antiferromagnetic Skyrmion: Stability, Creation and Manipulation
磁Skyrmion是铁磁体中的类粒子拓扑激发，其拓扑数为$Q=\pm 1$，由于其拓扑结构产生的马格努斯力效应，表现出Skyrmion霍尔效应（SkHE）。在这里，我们提出了对应的反铁磁（AFM）系统中的磁性skyrmion，即AFM skyrmion，这是拓扑保护，但没有显示SkHE。基于微磁晶格模拟，已经描述了两种用于创建AFM skyrmion的方法：（i）通过将垂直自旋极化电流注入具有AFM基态的纳米盘;（ii）通过转换纳米线结中的AFM畴壁对。结果表明，原子力显微镜skyrmion，驱动的自旋极化电流，可以直线运动的长距离，受益于没有SkHE。我们的研究结果将为基于AFM材料的新型自旋电子器件的设计提供新的思路。
2016-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning magnetic chirality by dipolar interactions
近年来，由于纳米电子学中预期的丰富应用，手征磁性获得了极大的兴趣。手性磁畴壁和skyrmions的稳定性已被证明是由于积极研究的Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。然而，最近的预测表明，偶极相互作用也可以稳定手性畴壁和skyrmions，但直接的实验证据一直缺乏。在这里，我们表明，偶极相互作用确实可以稳定手性畴壁直接成像的磁畴壁，使用扫描电子显微镜与极化分析。我们进一步表明，Dzyaloshinskiii-Moriya和偶极相互作用之间的竞争可以逆转畴壁手性。最后，我们建议这种竞争可以通过Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida相互作用来定制。因此，我们的工作表明，偶极相互作用在手征自旋织构的稳定中起着关键作用。这一发现将为平衡手性磁性的相互作用开辟新的途径。
2019-04-03 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
Spin-Transfer Torque in Altermagnets with Magnetic Textures
本研究预测了具有磁织构的交变磁体中存在各向异性自旋转移力矩效应，通过推广Zhang-Li力矩并分析自旋劈裂绝热与非绝热力矩，发现该力矩能显著影响畴壁运动及skyrmion动力学，可作为区分交变磁性与普通反铁磁性的标志。
2025-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Stable magnetic nanodomains engineered via Ga+-ion irradiation for deterministic sequential switching
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文通过Ga+离子辐照工程化磁各向异性梯度，实现纳米尺度磁域的确定性顺序切换，展示了可编程多域结构和高稳定性的磁性开关。
2026-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Stability of Néel-type skyrmion lattice against oblique magnetic fields in GaV$_4$S$_8$ and GaV$_4$Se$_8$
空穴尖晶石GaV $_4$ S $_8$和GaV $_4$ Se $_8$中的Néel型skyrmion的取向通过Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用与其底层晶体结构的极轴相关联。在这些晶体中，skyrmion晶格相存在于平行于这些轴的外部施加的磁场中，并承受高达某个临界角的倾斜磁场。在这里，我们映射出的skyrmion晶格相在这两种晶体中的稳定性作为一个功能的磁场角度和幅度使用动态悬臂梁磁强计。测得的相图再现最近的理论模型预测的主要功能，包括重入摆线相在镓V $_4$硒$_8$。尽管如此，我们观察到一个更大的鲁棒性的skyrmion相位斜场，这表明可能的改进模型。除了确定之间的摆线，skyrmion晶格，铁磁状态的散装过渡，我们测量额外的异常在镓$_4$硒$_8$，并将它们分配到磁状态局限于极性结构域壁。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
