Chiral Edge Currents for ac Driven Skyrmions in Confined Pinning Geometries
本研究证明在受限钉扎几何中，交流驱动的斯格明子晶格在弱钉扎通道边缘产生由跳跃轨道承载的手性边缘电流，其大小可通过驱动参数调控，且对无序具有鲁棒性，为控制斯格明子运动提供了新方法。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Stochastic dynamics and pattern formation of geometrically confined skyrmions
系综的磁skyrmions在受限的几何形状表现出热驱动的运动在两个不同的时间尺度。内禀涨落动力学（$t\sim 1~$ ps）由短程对称和反对称交换相互作用决定，而长时限（$t\gtrsim10\,$ ns）由skyrmion-skyrmion-排斥和系统几何结构共同作用决定.微磁模拟现实岛屿的形状和大小进行和分析，表明在有限温度下的skyrmion动力学的特殊重要性。我们演示了skyrmion迁移率和观测时间之间的竞争如何直接影响skyrmion位的可寻址性，这是开发基于skyrmion的室温应用程序的道路上的一个关键挑战。所提出的准粒子蒙特卡罗方法提供了一个计算有效的描述skyrmion合奏的扩散运动在受限的几何形状，像跑道内存设置。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall
Skyrmion nucleation via localized spin current injection in confined nanowire geometry in low chirality magnetic materials
磁skyrmions一直是激烈的研究与存储器，逻辑和互连技术的应用前景的焦点。最近已经提出并证明了几种方案可以使skyrmions成核。然而，它们要么导致不受控制的Skyrmion气泡产生，要么主要针对与赛道存储器器件的集成。在这项工作中，我们提出了一个新的计划，在一个有限的纳米线的几何形状与亚100 nm的宽度使用一个通用的方法“本地化的自旋电流注入”技术在材料系统表现出低Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用）的控制单skyrmion成核。我们提出的成核机制如下的路径，涉及创建一个反向的磁畴包含一个或多个垂直布洛赫线（VBL），形成一个边到边的畴壁的VBL得到湮灭在纳米线的边缘。然而，使用缺口或反缺口将边缘畴壁钉扎在狭窄的间隙内会导致产生具有无缺陷畴壁的磁泡，最终弛豫成圆形skyrmion结构。我们的模拟预测，所提出的机制允许skyrmion成核亚纳秒的时间尺度上，显示出鲁棒性的变化，如本地钉扎网站，并适用于任何skyrmion为基础的逻辑，存储器和互连应用。
2018-01-31 cond-mat.mes-hall
Edge-Mediated Skyrmion Chain and Its Collective Dynamics in a Confined Geometry
一种拓扑上非平凡的涡旋状磁结构--磁skyrmion的出现，为存储器件提出了新的概念。在那里，广泛的研究从理论上证明了通过使用一维纳米条纹中的skyrmions链来编码信息比特的能力。在这里，我们报告的第一个实验观察的skyrmion链的FeGe纳米条纹使用高分辨率的洛伦兹透射电子显微镜。在垂直于纳米带平面的外电场作用下，我们观察到边缘自旋发生畸变的螺旋基态演化为单个的skyrmion，在低场下skyrmion以链的形式聚集，在高场下skyrmion集体向纳米带中心运动.这种skyrmion链即使在纳米条纹的宽度比单个skyrmion尺寸大得多的情况下也能存活。这些发现表明了通过边缘效应形成skyrmion的新方式，并且从长远来看，可能会为应用带来启发。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall
Perpendicular Reading of Single Confined Magnetic Skyrmions
薄膜亚5纳米磁性skyrmions构成了未来数字数据存储的最终缩放选择。Skyrmions是一种强大的非共线自旋纹理，可以通过小电流移动和操纵。我们在这里展示了一种创新的技术来检测孤立的nanoskyrmions与电流垂直于平面的几何形状，这对设备的概念有直接的影响。我们通过研究磁性准粒子的原子电子结构来探索这种机制背后的物理机制。我们研究了如何孤立的skyrmion局域态密度隧道进入真空，相比铁磁背景下，被修改的电子态与不同的相对倾斜角的网站相关的自旋混合。局部输运性质对这种效应很敏感，因为我们报道了Pd/Fe/Ir（111）薄膜中磁性skyrmions的原子电导各向异性超过20%。在单个skyrmions中，这种自旋混合磁阻的工程可能会被纳入未来的磁存储技术中。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall
Slow steady flow of a skyrmion lattice in a confined geometry probed by resistance narrow-band noise
利用电阻涨落谱，我们观察到电流感生窄带噪声（NBN）的磁性skyrmion晶格相的微米尺寸的MnSi。只有当电流密度超过阈值时，NBN才会出现，这表明电流驱动的Skyrmion晶格运动触发了NBN。在$\sim$ 10 $^{9}$ A/m $^{2}$时，观测到的NBN频率为10-10 $^4$ Hz，这意味着Skyrmion稳态流速为1-100 $μ$ m/s，比以前报道的慢3-5个数量级。的NBN频率的温度演变表明，稳定的流动需要热激活过程，这是最有可能的，由于skyrmion创建和湮灭在样品边缘。我们考虑边界效应的数值模拟定性地支持了这种情况，这表明边缘限制了skyrmions的稳定流动，特别是在低温下。我们讨论了一种机制，大大减缓了skyrmion稳定流在微加工标本。
2020-04-15 cond-mat.mes-hall
Ground state search, hysteretic behaviour, and reversal mechanism of skyrmionic textures in confined helimagnetic nanostructures
磁Skyrmions有可能为低功耗，高密度数据存储和处理提供解决方案。开发基于skyrmion的器件的主要挑战之一是skyrmion在受限的螺旋磁性纳米结构中的磁稳定性。通过对平衡态的系统研究，利用包含退磁效应的全三维微磁模型，证明了在零外部磁场和无磁晶各向异性的情况下，skyrmionic织构是helimagnetic薄膜纳米结构的最低能态.我们还报道了非基态平衡构型的亚稳区。我们发现，brackyrmionic纹理进行滞后行为之间的两个能量等效的skyrmionic状态具有不同的核心取向，即使在没有磁晶和退磁为基础的形状各向异性，这表明存在的Dzyaloshinskiii-Moriya为基础的形状各向异性。最后，我们表明，skyrmionic纹理核心反转动力学的布洛赫点的出现和传播。
2015-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic skyrmions in confined geometries : effect of the magnetic field and the disorder
我们报告的横向约束和垂直的磁场上孤立的室温磁skyrmions溅射Pt/Co/MgO纳米轨道和纳米点的效果。我们表明，skyrmions的大小可以很容易地调整，通过发挥上的横向尺寸的纳米结构，并通过使用外部磁场振幅的几个mT，这允许达到100 nm以下的直径。我们的XMCD-PEEM观测也突出了钉扎在平面外磁场下对skyrmions尺寸和稳定性的重要作用。微磁模拟表明，通过考虑具有局部各向异性变化的薄膜晶粒结构，可以很好地解释局部钉扎的影响，并很好地再现了skyrmion直径对磁场和几何形状的依赖性。
2017-06-13 cond-mat.mes-hall
Dynamics of skyrmionic states in confined helimagnetic nanostructures
在受限的螺旋纳米结构中，不完整和孤立的skyrmion态形式的skyrmion态可以在没有外部磁场和磁晶各向异性的情况下作为基态出现。本文研究了薄膜FeGe圆盘样品中Skyrmion态的动力学性质（共振频率和相应的本征模）。在基于有限元的微磁模拟中，我们采用了两种不同的方法：特征值法和衰荡法。本征值法允许我们识别所有的谐振频率和相应的本征模式，可以存在于模拟系统。然而，使用特定的实验上可行的激发只能激发有限的本征模集。正因为如此，我们执行振铃模拟，类似的实验设置使用面内和面外激励。此外，我们还报道了共振频率与外加偏磁场和圆盘样品直径的非线性关系，并讨论了skyrmion态可能的反转模式。我们比较了不完整的skyrmion和孤立的skyrmion状态的功率谱密度，并观察到几个关键的差异，可以有助于在样品中存在的状态的实验识别。我们测量的FeGe吉尔伯特阻尼，并使用其值，我们确定什么本征模可以预期在实验中观察到。最后，我们表明，忽略退磁能量的贡献或忽略的磁化变化的膜外方向-虽然没有改变本征模的磁化动态显着-改变其谐振频率大幅。除了有助于理解skyrmionic态物理学，这个系统的工作可以作为一个指导的实验识别skyrmionic态在有限的helmagnetic纳米结构。
2017-01-30 cond-mat.mes-hall
Skyrmion states in thin confined polygonal nanostructures
最近的研究表明，skyrmionic状态可以在薄膜FeGe盘纳米结构的稳定施加的磁场的情况下的基态。在这项工作中，我们通过调查在多大程度上这种稳定的skyrmion结构通过限制存在于几何形状，不匹配的圆柱对称的skyrmion -如正方形和三角形，推进这种理解。使用模拟，我们表明，skyrmionic状态可以形成基态的范围内的系统尺寸在三角形和正方形的FeGe纳米结构的$10\,\text{nm}$厚度的情况下，在没有外加电场。我们进一步提供的数据，以协助我们的预测的实验验证;模仿一个实验中，该系统是饱和的一个强大的应用领域之前，该领域被删除，我们计算的时间演变，并显示最终的平衡配置的磁化场，从一个统一的对齐。
2018-01-10 cond-mat.mes-hall
Micromagnetic study of skyrmion stability in confined magnetic structures with perpendicular anisotropy
Skyrmions是一种新兴的自旋拓扑结构，在未来的数据存储和自旋电子学应用中具有潜在的革命性意义。磁性材料中Skyrmion的存在和稳定性通常与块状磁体或缺乏反转对称性的磁性薄膜中Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）的存在有关。虽然已经提出了一些方法来产生孤立的skyrmions在薄膜与自旋电子器件，一个彻底的研究条件下，skyrmions将保持稳定，以便在集成的自旋电子器件中进行操作仍然是一个悬而未决的问题。这种结构的稳定性被认为是垂直磁各向异性（PMA）、磁致伸缩以及几何结构与静磁学之间的相互作用的理想组合的结果。在目前的工作中，我们展示了一些微磁性的结果，支持以前的实验观测磁skyrmions在自旋阀堆栈具有广泛的范围内的磁电阻值。通过对钴基盘的微磁学模拟，我们得到了不同PMA、不同介电常数和几何参数下的磁基态组态。Skyrmion数，对应的拓扑电荷，计算在所有情况下，并确认发生孤立的，稳定的，轴对称的skyrmion的几种组合的dielectric和各向异性常数。在磁盘的skyrmions的稳定性，然后在磁场和自旋极化电流下，在有限的温度下，突出这些自旋织构在自旋电子器件的适用性的限制。
2017-09-22 cond-mat.mes-hall
Skyrmion automotion in confined counter-sensor device geometries
提出一种基于斯格明子的多圈传感器-计数器概念，利用受限几何中的边界力与拓扑动力学产生自运动，并通过微磁模拟和 Thiele 方程加以研究。
2022-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Skyrmion spin transfer torque due to current confined in a nanowire
在这项工作中，我们计算的扭矩场在铁磁体与金属纳米线接触时，skyrmion是存在的。如果纳米线足够窄，则电流由单个导带承载。在这个制度的经典扭矩模型打破了，我们表明，自旋转移扭矩驱动的skyrmion移动在一个不同的方向比经典模型预测。然而，在单带制度中以一定速度移动skyrmion所需的电荷电流量类似于经典的扭矩模型，其中隐含地假设电流传输由许多导带。由于单带的完美极化，单带机制更有效地从电荷电流产生自旋电流，但从自旋电流产生转矩的效率较低。然而，即使在器件接触之间没有净电荷或自旋电流流动的情况下，也可以利用单带机制来移动skyrmions。我们也已经能够恢复的经典极限考虑合奏只有几个电子状态。在这个限制，我们已经发现，电子扩散需要考虑，即使在弹道纳米线由于skyrmion结构上的电子电流的影响。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall
Periodic transitions of topological charge in skyrmions confined within FeGe and Co/Pt nanodisks
本研究探讨了在FeGe和Co/Pt纳米圆盘中，通过施加振荡磁场诱导斯格明子拓扑荷周期性反转的动力学机制，为基于斯格明子器件的节能控制提供了潜在途径。
2025-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Nano-scale magnetic skyrmions and target states in confined geometries
对具有破缺反转对称性的磁性系统的研究受到了被称为skyrmions的粒子状配置的实验证明的刺激，其非平凡的拓扑性质使其成为自旋电子技术的理想候选者。这类材料使Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions）有利于手性构型的稳定。材料工程的最新进展表明，在有限的几何形状，它是可能的稳定skyrmionic配置在零场。此外，已经表明，在基于Ir（111）表面顶部的Pd/Fe双层的系统中，skyrmion的直径可以小到几纳米。在这项工作中，我们提出了小Pd/Fe和Pd $_2$ /Fe岛的Ir（111），表现出各种不同的自旋织构，可以使用离散自旋模拟再现扫描隧道显微镜测量。这些配置包括skyrmion和skyrmion类国家与额外的自旋旋转，如目标状态，这已经感兴趣，由于其有前途的动力学性质。此外，使用模拟，我们分析了这些skyrmionic纹理的稳定性作为一个功能的岛屿大小，应用领域和边界条件的系统。了解的参数和条件影响这些磁结构的稳定性，在有限的几何形状是至关重要的发展，积极有效的和最佳尺寸的skyrmion为基础的设备。
2019-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Structural transition of skyrmion quasiparticles under compression
外部驱动力和粒子间相互作用的竞争对受限几何中拓扑准粒子的静态和动态性质具有重要影响。在这里，我们研究的动力学粒子的skyrmion下的电流诱导的压缩，skyrmion稳定在一个密闭的空间，并形成一个skyrmion固体。我们发现，纳米尺度的skyrmion的晶格结构转变可以诱导的压缩，这取决于初始的晶格配置和压缩水平。具有强Skyrmion-Skyrmion排斥的Skyrmion固体中的压缩效应可以产生表现出Skyrmion密度突变的波前，该波前可以根据压缩水平通过Skyrmion固体传播。此外，压缩skyrmion固体表面上的skyrmion链只要保持在驱动区域内，就可以沿表面进行快速而稳定的运动。由于Skyrmion-Skyrmion的破坏性碰撞，一些Skyrmion可能会在压缩过程中坍塌，这主要发生在驱动区和压缩区之间的Skyrmion注入边界附近。我们的结果对于理解具有非平凡拓扑的准粒子的压缩物理是有用的。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall
Quantum Dynamics of Skyrmions in Chiral Magnets
我们研究了Skyrmion在手征磁性绝缘体中的量子传输，通过将微磁运动方程推广到有限温度的路径积分形式，使用场论工具。将Skyrmion的中心提升为动力学量，Skyrmion组态周围的涨落引起Skyrmion运动的时间依赖性阻尼。从阻尼核的频率依赖性，我们能够识别Skyrmion质量，从而提供了一个微观的描述Skyrmion的运动学性质。当存在缺陷或施加磁阱时，即使在极小的温度下，Skyrmion质量也会获得与有效自旋成比例的有限值。我们证明了一个Skyrmion在一个磁阱提供的约束几何行为作为一个大质量的粒子，由于其准一维的限制。一个额外的量子质量项的预测，独立的有效自旋，具有明确的温度依赖性，即使在零温度下仍然有限。
2017-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Current-induced skyrmion dynamics in constricted geometries
磁skyrmion是在手征磁体中观察到的具有量子化拓扑数的涡旋状自旋结构，由于可以用超低电流密度控制它们的运动，因此在自旋电子学中具有潜在的应用前景。为了实现基于skyrmion的自旋电子器件，必须了解skyrmion在受限几何中的运动。在这里，我们通过微磁模拟表明，在几何边界的存在下，电流感生运动的skyrmions是非常不同的，从一个无限的平面。在一个有限宽度的通道中，横向限制导致skyrmion速度作为类似于铁磁体中的畴壁的电流的函数的稳态特性，而瞬态行为取决于skyrmion从边界的初始距离。此外，我们表明，单skyrmions可以创建一个简单的压缩几何形状的板状试样的适当的大小和几何形状的电流。这些发现可以指导基于skyrmion的设备的设计，其中skyrmion被用作信息载体。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Bias-field control of the Neel skyrmion nonlinearity in a confined nanostructure
Kotel’nikov Institute of Radio-Engineering and Electronics of RAS（俄罗斯科学院科捷利尼科夫无线电电子研究所）；Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)（莫斯科物理技术学院（国立大学））；Bauman Moscow State Technical University（鲍曼莫斯科国立技术大学）；National Research University Moscow Power Engineering Institute（莫斯科动力学院国立研究大学）
该研究在广义 Thiele 模型框架下，探究偏置磁场对圆柱形 Néel 斯格明子基振荡器非线性特性的调控，发现磁场可调控响应频率、改变非线性频移并使非线性系数在临界值处反转，为神经形态应用提供了可调谐计算元件的前景。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall
Chiral skyrmions in cubic helimagnet films: the role of uniaxial anisotropy
本文报道了在面外磁场中进行的锰硅外延层的磁测量和磁阻测量。本文对单轴各向异性轴和磁场都在平面外的受限立方螺旋磁网中的手征调制进行了理论分析。与平面内场测量（Wilson等人，Phys.Rev.B86，144420（2012）），MnSi/Si（111）中的难轴单轴各向异性相对于锥相增加了（111）取向的skyrmions和面内螺旋体的能量，并使锥相成为饱和场以下唯一稳定的磁性织构。虽然诱导的单轴各向异性在稳定skyrmion晶格和螺旋体中是重要的，但在MnSi/Si（111）中的特定各向异性完全抑制了面外磁场中的这些状态。然而，在面外磁场的较大范围内，MnSi/Si（111）外延层中存在尺寸增大的孤立skyrmion。
2014-03-04 cond-mat.mes-hall
Sub-100 nm Skyrmions at Zero Magnetic Field in Ir/Fe/Co/Pt Nanostructures
磁性Skyrmions是最近在室温（RT）下在多层薄膜中观察到的手性自旋结构。它们的拓扑稳定性应该能够在有限的几何形状中实现高度可扩展性-这是器件应用的一个热门属性。虽然已经有无数的理论预测关于100纳米以下的skyrmions局限在点的现象，在实践中，它们的形成在没有外部磁场和限制的演变仍然有待建立。在这里，我们证明了在宽范围的磁性和几何参数下，在零场（ZF）下Ir/Fe（x）/Co（y）/Pt纳米点中的亚100 nm RT skyrmions的约束诱导稳定性。ZF skyrmion尺寸可以小至~50 nm，并且随着点尺寸和磁性参数变化4倍。至关重要的是，具有不同热力学稳定性的skyrmions表现出明显不同的限制现象。这些结果建立了一个全面的基础skyrmion现象在纳米结构，并提供直接的方向，利用其性能在纳米器件。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tilted chiral spin textures in confined nanostructures with in-plane magnetic anisotropy
本研究通过微磁学模拟发现，纳米受限效应与面内磁各向异性可在磁性纳米结构中诱导倾斜手性自旋织构，实现拓扑态的磁场调控，为自旋纳米器件开发提供新方向。
2025-01-08 cond-mat.mes-hall
Theory of Topological Nernst and Thermoelectric Transport in Chiral Magnets
本文用含全相空间 Berry 曲率的受控半经典方法研究手性磁体中拓扑自旋织构下的热电输运，分解能斯特效应并推导广义 Mott 关系。
2023-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Handwritten Digit Recognition by Spin Waves in a Skyrmion Reservoir
本研究通过数值模拟证明磁斯格明子晶格可用于储层计算，手写数字识别率超88%，较回声状态网络基线高约10%，且斯格明子制备仅需静磁场，为储层计算器件提供了高潜力方案。
2023-09-13 cond-mat.mes-hall
Neutron study of in-plane skyrmions in MnSi thin films
用极化中子反射法（PNR）和小角中子散射法（SANS）对外延MnSi/Si（111）薄膜中面内skyrmions的磁性结构进行了三维研究。我们证明了在10 K温度下，Skyrmions存在于上述相图的一个区域中。PNR表明，由于表面扭曲形成的势阱，skyrmions被限制在膜的中间。然而，SANS表明，有相当大的平面内的无序表示的磁性结构是一个2D skyrmion玻璃。
2017-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Interaction between defect and skyrmion in nanodisk
磁skyrmion是一种具有拓扑保护的稳定磁化结构，有望作为信息载体，但缺陷是不可避免的，对磁skyrmion的稳定和运动起着重要作用。本文研究了纳米盘中的点缺陷和环缺陷对skyrmion稳定性和动力学的影响，其中缺陷是通过局部修改磁性材料参数获得的。考虑到几何约束和钉扎效应的共同作用，我们证明了Skyrmion的择优位置是缺陷类型和Skyrmion与点缺陷之间距离的函数。我们还表明，由于圆对称的环缺陷的存在下，skyrmion尺寸的限制效果。最后，在自旋转移纳米振荡器的应用中，我们证明了skyrmion可以在纳米盘中被钉扎或旋转，并且振荡器的频率可以通过环缺陷在很大范围内改变。这些发现提供了一个完整的理解之间的相互作用skyrmion和缺陷的限制几何形状，并可能提供一个很好的策略，skyrmion振荡器的设计。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall
Anomalous and Topological Hall Effects with Phase-Space Berry Curvatures: Electric, Thermal, and Thermoelectric Transport in Magnets
该研究建立含相空间贝里曲率的半经典理论，统一解释磁体中反常与拓扑霍尔等横向输运效应，推导低温普适关系并揭示自旋轨道耦合与交换耦合相对强度对输运行为的调控作用。
2025-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Hysteresis of nanocylinders with Dzyaloshinskii-Moriya interaction
磁Skyrmions在高密度存储器件中的应用潜力为研究和开发其稳定性和可操作性提供了强大的驱动力。通过三维微磁滞的研究，我们调查的问题，存在的Skyrmions在圆柱形纳米结构的可变厚度。我们量化的应用领域和厚度依赖的skyrmion状态，并表明这些状态可以通过相关的实际磁滞回线测量协议。由于skyrmionic国家尚未被观察到实验在有限的helmagnetic几何形状，我们的工作开辟了前景，发展可行的滞后过程为基础的方法来访问和观察skyrmionic国家。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall
Topological characterization of dynamic chiral magnetic textures using machine learning
最近提出的自旋电子器件使用磁skyrmions作为信息位。对这些手性磁性物体的可靠检测是必不可少的要求。然而，磁skyrmions的高迁移率导致其在有限温度下的随机运动，这阻碍了拓扑数的精确测量。在这里，我们展示了人工神经网络的成功训练，以重建的skyrmion数在有限的几何形状从时间积分，降维数据。我们的研究结果证明了从时间平均测量中恢复拓扑荷的可能性，因此模糊的动态Skyrmion系综，这与实验结果的解释，基于Skyrmion的计算和记忆概念直接相关
2022-04-01 cond-mat.mes-hall
Dynamic Skyrmion-Mediated Switching of Perpendicular MTJs: Scaling to 20 nm with Thermal Noise
在受限几何中产生和湮灭skyrmions的一种方法是使用电压控制磁各向异性（VCMA）[1，2，3]。先前的研究表明，在存在室温热噪声和晶粒间各向异性变化的情况下，可以通过创建并随后消除中间skyrmion态[4]来实现垂直磁性隧道结（p-MTJ）的软层中从上到下状态的鲁棒电压控制铁磁反转[4]。然而，当缩放到20 nm时，热噪声可以消除skyrmions，例如，通过随机地将核心移向纳米结构的边界。在这项工作中，我们研究了三个不同尺寸的p-MTJ，特别是横向尺寸为100 nm，50 nm和20 nm，并研究了开关行为的变化，随着尺寸的减小。特别是，我们的重点是调查在何种程度上skyrmion介导的开关方案可以采用低于50 nm的横向尺寸在热扰动的存在下。
2020-03-28 cond-mat.mes-hall
Acoustic Tweezers for Magnetic Skyrmions
Fudan University（复旦大学）；State Key Laboratory of Surface Physics and Institute for Nanoelectronic Devices and Quantum Computing, Fudan University（复旦大学表面物理国家重点实验室和纳米电子器件与量子计算研究所）；Department of Physics, Fudan University（复旦大学物理系）；Zhangjiang Fudan International Innovation Center, Fudan University（复旦大学张江国际创新中心）
针对现有磁性斯格明子驱动方法缺乏单粒子选择性的问题，本文提出声学镊子方案，利用空间扩展声学束实现单个斯格明子的确定性捕获与路由，为高精度拓扑自旋电子学提供非破坏性片上路径。
2026-08-14 cond-mat.mes-hall
Electrical Probing of Field-Driven Cascading Quantized Transitions of Skyrmion Cluster States in MnSi Nanowires
磁skyrmions是拓扑稳定的类似于游泳池的自旋纹理，为未来的超密度存储器和逻辑设备提供了巨大的信息载体1 -4。为了实现这样的应用，特别注意力集中在高度受限的几何形状，如一维椭圆形的skyrmions属性5 -8。然而，当纳米线的宽度与单个skyrmion的宽度相当时，实验上仍然不清楚会发生什么。在这里，我们报告的实验演示，其中磁场驱动的skyrmion集团（SC）的状态与少量的skyrmion被证明存在于超窄的单晶MnSi纳米线（NW）的横截面直径，可比的skyrmion晶格常数（18 nm）。与体MnSi样品中的skyrmion晶格相比，skyrmion簇导致在平行于NW长轴的磁场下测量的异常磁阻（MR）行为，其中观察到MR中的量子化跳跃并且直接与簇中skyrmion数的变化相关，这由蒙特卡罗模拟支持。这些跃迁揭示了Skyrmion的成簇态与晶态的本质区别，为实现基于Skyrmion的存储器件奠定了坚实的基础。
2015-04-20 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
Thermal generation, manipulation and detection of skyrmions
近年来，在手性磁体1 -4和非对称磁性多层膜5 -13中实现skyrmions以及它们的电操纵2，7，8，10方面取得了重大进展。同样重要的是，可以利用skyrmions的热生成，操纵和检测来构建具有集成计算14和能量收集15的原型新架构。我们还需要验证skyrmions是否可以纯粹通过加热产生16，17，以及它们由温度梯度驱动的合成运动方向是否遵循扩散或相反的磁振子自旋力矩17 -21。在这里，我们解决了这些重要的问题，在微结构器件的多层：（Ta_CoFeB_MgO）15，（Pt_CoFeB_MgO_Ta）15和（Pt_Co_Ta）15集成与片上加热器，通过使用全场软X射线显微镜。密集的skyrmions的热生成归因于在设备边缘的低能量势垒，连同热诱导的形态从条纹域skyrmions的过渡。实验观察到skyrmions从热区向冷区的单向扩散。这可以从理论上解释为来自skyrmions之间的排斥力的组合贡献，以及与magnonic自旋力矩竞争的热自旋轨道力矩17，18，20，21和熵力22。这些热产生的skyrmion可以通过测量伴随的异常能斯特电压来进一步检测。片上热电产生，操纵和检测skyrmions可以打开另一个令人兴奋的途径，使skyrmionics，并促进自旋caloritronics 15，magnonics 24和skyrmionics 3，4，12之间的跨学科研究。
2020-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental observation of one-dimensional motion of interstitial skyrmion in FeGe
维度和拓扑结构之间的相互作用通过奇异的纹理形态和新颖的动力学表现在磁性中。自由磁Skyrmion在电流作用下表现出Skyrmion霍尔效应。一旦将其限制在一维（1D）沟道中，Skyrmion霍尔效应将被抑制，并且电流驱动的Skyrmion速度将被非绝热自旋转移矩\b{eta}提高。在这里，我们的实验表明，条纹的空间调制自旋螺旋作为自然的1D通道，以限制skyrmion。以FeGe为基准，通过几何切口产生间隙Skyrmion，并在没有Skyrmion霍尔效应的情况下稳定运动。由于FeGe中存在大的\b{eta}，一维Skyrmion的电流-速度曲线的斜率几乎提高了一个数量级。在其他拓扑缺陷中也观察到该特征。利用一维skyrmion动力学将是一个非常有前途的路线，实现拓扑自旋电子器件。
2022-12-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultrafast generation and dynamics of isolated skyrmions in antiferromagnetic insulators
基于原子自旋动力学模拟，我们报道了在受限几何条件下超快产生单个反铁磁（AFM）skyrmion。这一过程是通过短激光脉冲产生的非热逆法拉第效应所诱导的有效磁场来实现的。由此产生的磁场可以核一个孤立的skyrmion作为一个拓扑保护的亚稳态在共线反铁磁体与小Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。一个单一的skyrmion的半径示出增加，通过施加均匀的直流磁场和在增加的温度。为了研究原子力显微镜可能的自旋热电子学现象，我们研究了skyrmion动力学下施加的温度梯度分析和数值。反铁磁skyrmions纵向移动向较热的区域，但相比之下，小skyrmions在非常低的阻尼制度向较冷的一侧移动，无论交错的拓扑电荷数，速度比它们的铁磁对应物快得多。
2019-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Vortices and Skyrmions of a Single Electron in Inhomogeneous Magnetic Fields
研究了非均匀磁场中二维受限电子的自旋织构。这些场可以是外部场，也可以是有效场，这是由于电子所在平面中的背景磁纹理。通过分析考虑，WKB型近似，并通过进行数值对角化，我们表明，在平面内的自旋场分量的单个电子可以形成涡旋，而总的自旋场可以成为一个skyrmion。最有趣的是，我们发现由于量子效应，拓扑平凡的磁场可以在电子的本征态中诱导出拓扑自旋场组态。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stabilization and application of asymmetric Néel skyrmions in hybrid nanostructures
信息量的不断增加迫使信息存储和处理技术不断改进，设备进一步小型化，效率提高。磁skyrmions，拓扑准粒子，最小的稳定磁纹理具有有趣的性质和潜在的数据存储应用。具有不同磁化方向的元素的混合纳米结构可以为开发基于skyrmion的自旋电子器件和磁振子器件提供额外的优势。我们发现，一个Néel型skyrmion限制在一个纳米点放置在顶部的铁磁条产生一个独特的和引人注目的平台，探索磁化纹理之间的相互耦合。Skyrmion会在条纹上产生印记，这反过来又会不对称地挤压点中的Skyrmion，增加它们的大小和Skyrmion稳定性的范围，同时引入Skyrmion双稳定性。最后，我们提出了一个概念验证技术的无约束运输的skyrmion沿赛道的基础上提出的混合动力系统。我们的研究结果表明，混合结构，是有前途的应用在磁振子和自旋电子学。
2022-04-12 cond-mat.mes-hall 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
Calculation of Confined Phonon Spectrum in Narrow Silicon Nanowires using the Valence Force Field Method
我们研究了限制效应对边长为1- 10 nm的超窄硅纳米线声子性质的影响。采用改进的价力场方法计算声子色散，得到了声子的态密度、传输函数、声速、弹道热导率和边界散射限制的扩散热导率。我们发现，声子色散和弹道热导的结构，即输运方向和限制尺寸的几何特征的函数。声子群速度和热导率可以根据通道的几何特征而变化两个因子。纳米<110>线具有最高的群速度和热导率，而<111>最低的。因此，沟<111>道是基于Si纳米线的热电器件的最合适的取向，因为它也具有大的功率因数。我们的研究结果可能是有用的热输运设计的硅基器件的热电和热管理应用。
2013-04-04 cond-mat.mes-hall
Harnessing the skyrmion Hall effect for low-power skyrmion transport in a tubular synthetic antiferromagnet
Linnaeus University（林奈大学）；University of Iceland（冰岛大学）；ITMO University（伊托莫大学）
该研究将斯格明子霍尔效应转化为低功耗斯格明子输运的机制，通过最优控制结合管状合成反铁磁体的层间耦合，实现了更低功耗的斯格明子输运。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Observation of hedgehog skyrmions in sub-100 nm soft magnetic nanodots
磁skyrmions是一种纳米自旋织构，由于其非平凡的拓扑结构所具有的独特功能，在自旋电子学应用中具有突出的潜力。在非质心对称材料或界面自旋轨道耦合较强的Dzyaloshinskiii-Moriya交换相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya exchange interaction，Dzyaloshinskii-Moriya）薄膜中，具有确定手征的Skyrmions是稳定的。在这项工作中，我们报告在室温下，既不垂直也不垂直磁各向异性的封闭系统中的磁刺猬skyrmions的检测。我们表明，软磁（坡莫合金）纳米点能够主机的非手性刺猬skyrmions，可以进一步稳定的磁场所产生的磁力显微镜探针。分析计算和微磁学模拟证实了在一定尺寸范围内，即使没有外部刺激，坡莫合金纳米点中也存在亚稳态Néel skyrmion。我们的工作意味着存在一个新的自由度来创建和操纵软纳米点中的skyrmions。软磁材料中skyrmion的稳定化为研究skyrmion的磁化动力学提供了可能性，否则由于高磁各向异性材料中高自旋轨道耦合的大阻尼常数而受到限制。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Stability of Skyrmion Tubes in Nanostructured Cuboids
本研究利用洛伦兹TEM直接观测FeGe纳米长方体中的斯格明子管，结合微磁模拟揭示其在受限几何中的热稳定机制及场冷诱导的亚稳态扩展区域。
2025-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin excitation spectra of integral and fractional quantum Hall systems
本文对有限宽量子阱中二维电子气在对应于朗道能级和激发朗道能级的分数和积分填充的磁场中的自旋激发谱进行了详细的数值计算。自旋波和skyrmions被确定，并研究了它们的相互作用在填充因子nu=1/3，1，3和5。在nu=1/3处的最小Skyrmion等效于复合费米子带电激子X_CF^（+/-）。在nu=1和1/3处发现了几乎不相互作用的自旋波的玻色凝聚和有限尺寸skyrmions之间的Laughlin关联，对于w大于约两个磁长度的情况，也在nu=3和5处发现。给出了在朗道最低能级的奇整数填充和Laughlin分数填充下Skyrmion出现的一般判据。这解释了在激发朗道能级中观察到的Skyrmion态对W的依赖性。
2001-09-28 cond-mat.mes-hall
Robust and programmable logic-in-memory devices exploiting skyrmion confinement and channeling using local energy barriers
磁skyrmions是有前途的候选人逻辑存储器应用，本质上合并高密度非易失性数据存储与计算能力，由于其纳米级的大小，快速运动，和相互排斥。然而，迄今为止提出的概念存在可靠性问题以及磁信息到电信号的低效转换。在本文中，我们提出了一种逻辑存储器设备，它利用skyrmion限制和沟道使用各向异性能垒，以实现可靠的数据存储和同步转移的赛道相结合的可扩展和可重新编程的逻辑依赖于纯粹的磁相互作用。该器件结合了一个赛道移位寄存器的基础上skyrmions限制在纳米点与全加法器（FA）门。所设计的FA是可重编程和可重构的，并且还可以用于执行简单的逻辑运算，例如AND、OR、NOT、NAND、XOR和NXOR。逻辑门的单片设计和没有任何复杂的电接触使该器件非常适合与传统CMOS电路集成。
2022-05-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Current-driven motion of magnetic domain-wall skyrmions
本文理论研究铁磁条带中电流驱动畴壁斯格明子的运动，揭示其运动方向依赖电流方向，并基于此提出赛道存储架构。
2024-11-29 cond-mat.mes-hall
Magnetic adatom induced skyrmion-like spin texture in surface electron waves
当一个外来原子被放置在金属表面时，周围的电子海会屏蔽额外的电荷，导致振荡或涟漪。在表面上，这些电子有时被限制在二维表面态，由于电子的自旋-轨道相互作用和反转不对称环境产生的Rashba效应，其自旋简并被提升。据信，至少对于单个吸附原子，扫描隧道显微镜测量对Rashba分裂不敏感，即将观察到电荷振荡中的特征。依靠散射理论，我们证明，如果磁性，一个单一的吸附原子是足够的可视化的Rashba效应的存在下，在诱导自旋磁化的周围的电子表现出扭曲的自旋纹理描述为叠加的两个skyrmionic波相反的手征。
2012-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Thermoelectric Powerfactor in Single and Few-Layer MoS$_2$
对高效率热电转换的追求一直是未来可再生能源生产的主要驱动力之一。高效的热电装置需要由温度梯度产生高电压和大的电导率，同时保持低的热导率。对于给定的热导率和温度，热电功率因数由材料的电子结构决定。由于受限电子和空穴的独特态密度（DOS），低维（1D和2D）开辟了通往高功率因数的新途径。2D过渡金属二硫属化物（TMDC）半导体代表了一类新的热电材料，这不仅是由于这种限制效应，而且特别是由于其大的有效质量和谷简并性。在这里，我们报告的功率因数的$MoS_2$大$8.5 mWm^{-1}K^{-2}$在室温下，这是在传统的，有间隙的热电材料中测量的最高。为了获得这些高功率因数，我们进行热电测量的几层$MoS_2$在金属制度，这使我们能够访问的2D DOS附近的导带边缘和利用2D限制电子散射率的影响，这导致在一个大的塞贝克系数。在2D TMDC中所展示的高电子调制功率因数为有效的热电能量转换提供了希望。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Sliding Switch in a 90-nm-Wide Nanostructured Chiral Magnet
Hefei Normal University（合肥师范学院）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Anhui University（安徽大学）
通过利用90纳米宽磁性纳米结构中的Skyrmion边缘吸引力相互作用，实现了一种基于Skyrmion滑动的二进制开关，展示了在三维拓扑自旋电子器件中的应用潜力。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Robust cycloid crossover driven by anisotropy in the skyrmion host GaV$_\mathbf{4}$S$_\mathbf{8}$
本文报道了多铁性材料$\mathrm{GaV_4S_8}$在单轴各向异性影响下的旋轮线调制自旋织构的反常磁化动力学。线性交流磁化率[ $χ_{1ω}^{\prime}(T,H)$ ]、交流磁损耗[ $χ_{1ω}^{\prime\prime}(T,H)$ ]和非线性交流磁响应[ $M_{3ω}(T,H)$ ]的温度和磁场依赖性在频率范围$f = 10-10000$ Hz的磁相图上进行了检查。根据最近的理论，轴向晶体对称下的skyrmion涡旋被限制在特定的方向上，从而增强了对倾斜磁场和改变自旋动力学的鲁棒性。我们表征了每个自旋织构的磁响应，发现即使在多畴状态下，与立方系统中的布洛赫型skyrmion相比，Néel skyrmion晶格的动态刚度也有所增强。在最近的小角度中子散射实验中，在降低温度时观察到摆线节距的强烈变化的相同相位区域出现异常$M_{3ω}$和强耗散[White等人，物理修订版B 97，020401（R）（2018）]。在这里，我们表明，强各向异性也驱动一个扩展的交叉的零场摆线纹理$\mathrm{GaV_4S_8}$。这些动态签名的频率依赖性是一致的一个强大的非谐自旋纹理表现出相关域的安排。这些结果支持了磁各向异性在增强拓扑自旋织构的刚性方面的重要作用。
2020-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Skyrmionium meta-matter: a topologically heterogeneous magnetic crystal with emergent hybrid dynamics
Hiroshima University（广岛大学）；International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter（带结手性超材料可持续发展国际研究所）
Skyrmionium meta-matter通过拓扑异质磁性晶体实现混合动力学，为可重构磁共振和自旋电子应用提供新平台。
2025-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermopower signatures and spectroscopy of the canyon of conductance suppression
不同传输通道之间的量子点中的干涉效应可以导致电导的强烈抑制，其像峡谷一样穿过公共电导图[Phys.Rev.Lett. 104，186804（2010）]。在目前的工作中，我们考虑的热电输运性质的峡谷电导抑制使用二阶冯诺依曼方法。我们观察到的热电势的零点的特征信号。这表明，热电测量是一个有趣的互补工具，研究复杂的现象，通过有限的系统传输。
2016-07-02 cond-mat.mes-hall
