Advances in the Physics of Magnetic Skyrmions and Perspective for Technology
磁性skyrmions是磁化织构中的小涡旋拓扑缺陷，由于它们的拓扑结构而被保护稳定。在大多数情况下，它们是由存在于非中心对称磁性化合物或薄膜中的原子自旋之间的手征相互作用引起的，其中反转对称性被界面的存在所破坏。Skyrmions可以非常小，直径在纳米范围内，重要的是，它们的行为就像可以移动，创建或湮灭的粒子，使它们适合信息存储，逻辑或神经启发技术中的算盘类型应用。直到最近几年，skyrmions仅在低温下观察到（并且在大多数情况下在大的应用领域下），但是最近的重要研究努力致力于寻找薄膜和多层结构，其中skyrmions在室温以上稳定并且由电流操纵。本文重点介绍这些最新进展的路线，以设备原型。
2017-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological spin Hall effect in antiferromagnetic skyrmions
拓扑霍尔效应（THE）是手性Skyrmion晶格非平凡拓扑的主要表现形式之一，传统上被用来探测具有局部铁磁序的Skyrmion晶格的出现。在这项工作中，我们证明了非平凡的二维手征纹理的外观与本地{ \it反}-铁磁顺序可以通过$-$的自旋版本的拓扑自旋霍尔效应（TSHE）检测。利用半经典的形式主义，这里用来结合手征反铁磁纹理的共线，简并电子结构的密度泛函理论描述，我们遵循的电子SU（2）波包在外部电场的实时空间的实时演化，以证明出现相当大的横向纯自旋电流的Fe/Cu/Fe三层型的合成反铁磁体。我们进一步揭示了TSHE对电子结构细节的极端敏感性，这表明过渡金属合成反铁磁体中TSHE的大小和符号可以通过调整厚度或能带填充等参数来设计。除了是一个重要的一步，在我们的理解越来越复杂的skyrmionic系统的拓扑性质，我们的结果具有巨大的潜力，刺激发现反铁磁skyrmions。
2017-01-11 cond-mat.mtrl-sci
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
Electrical detection of magnetic skyrmions by non-collinear magnetoresistance
磁skyrmions是本地化的非共线自旋织构与未来的自旋电子应用的高潜力。Skyrmion相已经在许多材料中被发现，并且当前研究的焦点是用于在设备中实现的单个Skyrmion的制备、检测和操纵。Skyrmions的局部实验表征已经由，例如，洛伦兹显微镜或原子尺度的隧道磁阻测量使用自旋极化扫描隧道显微镜。在这里，我们报告的微分隧道电导磁skyrmion所产生的非共线性的急剧变化：自旋通道之间的混合局部改变电子结构，使skyrmion电子不同的铁磁环境。我们提出这种非共线磁阻（NCMR）作为一个可靠的全电检测方案的skyrmions与一个简单的实现到设备架构。
2015-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Microscopic Theory of Ultrafast Skyrmion Excitation by Light
本文提出一种基于双轨道电子模型的超快斯格明子光激发微观机制，揭示了在强关联极限下，激光直接耦合电荷在100 fs内诱导斯格明子成核，且Rashba自旋轨道相互作用介导的光致电流与磁矩耦合是其核心机制。
2020-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological skyrmions in monolayer multiferroic MoPtGe2S6
本文通过第一性原理计算与微磁学模拟，揭示单层多铁性MoPtGe2S6在零磁场下可稳定拓扑斯格明子，并可通过电场和磁场调控其手性、磁化方向、拓扑电荷及尺寸，为电子调控自旋电子器件提供新途径。
2024-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Site-specific electronic and magnetic excitations of the skyrmion material Cu$_2$OSeO$_3$
莫特绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$中skyrmions的表现源于磁和电子能量尺度之间的微妙平衡。由于这些相互缠绕的耦合，两个不等价的磁性离子Cu-I和Cu-II结合成自旋S=1的纠缠四面体。然而，由于该系统的复杂性，概念化这种材料的非常规性质和竞争相互作用的能量是一项具有挑战性的任务。在这里，我们结合X-射线吸收光谱和共振非弹性X-射线散射，揭示了电子和磁激发的Cu $_2$ OSeO $_3$与位点特异性。我们量化了Cu-I和Cu-II的3D晶场分裂的能量，这是优化模型哈灵顿函数的基础。此外，我们揭示了一个网站特定的磁性模式，表明个人的自旋字符内的纠缠四面体图片保存。因此，我们的研究结果提供了实验约束验证的理论，描述了铜$_2$ OSeO $_3$的相互作用，突出了位置选择性的能力，共振光谱
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural evolution and skyrmionic phase diagram of the lacunar spinel GaMo$_4$Se$_8$
在$AB_4Q_8$腔隙尖晶石中，电子结构是基于四面体$B_4$团簇的团簇间和团簇内相互作用来描述的，并且调整这些可以导致无数迷人的电子和磁性基态。在这项工作中，我们采用磁测量，同步辐射X射线和中子散射，和第一性原理电子结构计算来研究结构和磁相演化之间的耦合在GaMo $_4$硒$_8$，包括出现skyrmionic制度的磁相图。我们发现，两个不同的Jahn-Teller扭曲的室温立方$F\overline{4}3m$结构之间的竞争导致的基态$R3m$相和亚稳态$Imm2$相共存。计算表明，这两个相的磁性非常不同，其中$Imm2$相表现出单轴铁磁性，而$R3m$相具有复杂的磁性相图，包括平衡Néel型skyrmions，从接近$T$ = 28 K到$T$ = 2 K（最低测量温度）保持稳定。由小的结构畸变引起的磁行为的大的变化揭示了GaMo $_4$ Se $_8$是用于调节非常规磁性能的令人兴奋的候选材料$via$机械手段。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomically Modulating Competing Exchange Interactions in Centrosymmetric Skyrmion Hosts GdRu2X2 (X = Si, Ge)
本研究探讨了GdRu2X2 (X=Si, Ge)中X-p轨道对磁性交换相互作用的影响，发现Ge-4p轨道增强了竞争性交换相互作用，使GdRu2Ge2在更易达条件下表现出丰富的斯格明子行为，为原子级调控拓扑电子态提供了新途径。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
The dynamic chirality flips of Skyrmion bubbles
磁skyrmion是一种具有复杂非共面自旋织构的拓扑磁畴，在二维空间中呈现盘状结构。从基础研究的角度来看，探索三维自旋织构和相关的手性开关引起了人们极大的兴趣。本文利用洛伦兹透射电子显微术，采用矢量场层析法重建了中心对称Mn-Ni-Ga中Skyrmion泡的三维磁矩。通过研究整个空间的磁矢量，确定了气泡的类型。我们发现气泡很容易切换它们的手性，但仍然保持极性，以保持材料内气泡的奇异性。我们的研究结果提供了宝贵的见解的基本机制的自旋手征翻转动力学的skyrmion泡。
2021-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Driving skyrmions with low threshold current density in Pt/CoFeB thin film
磁性Skyrmions是一种拓扑稳定的自旋涡旋粒子，是下一代自旋电子器件的理想材料。Skyrmions运动的预期低临界电流密度使它们成为未来节能电子器件的潜在候选者。在过去的十年中，已经探索了几种重金属/铁磁（HM/FM）系统，以在低电流密度下获得更快的Skyrmion速度。在这方面，我们已经研究了Pt/CoFeB/MgO异质结中的skyrmions已稳定在室温下（RT）。已经观察到的形状的skyrmions扰动，即使由小的杂散场所产生的低力矩磁尖，而执行的磁力显微镜（MFM），表明存在的低钉扎景观的样品。这一假设确实被我们样品中驱动Skyrmion的低阈值电流密度所证实，速度仅为10 m/s。
2023-01-23 cond-mat.mtrl-sci
From electronic structure to magnetism and skyrmions (Topical review)
本文以教科书风格综述了从电子结构到磁性及斯格明子的多尺度建模方法，通过跨尺度参数传递实现磁性材料的真实模拟与预测，助力新材料开发。
2023-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Hall effect of Skyrmions from First Principles
本文提出一种第一性原理方法，通过建模有效磁场并构建Wannier紧束缚哈密顿量计算拓扑霍尔效应，在Gd2PdSi3中验证有效并揭示折叠能带交叉点的关键贡献。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable skyrmion-skyrmion binding on the surface of a topological insulator
我们表明，在磁性拓扑绝缘体表面的skyrmion可能会经历一个吸引力的相互作用，导致skyrmion-skyrmion束缚态的形成。这与传统手征铁磁体中的skyrmions的情况相反，因为传统手征铁磁体的内在相互作用是排斥的。在我们的模型中，Skyrmion结合的起源是与每个Skyrmion相关的拓扑保护电子轨道的分子杂化。因此，可以通过调整填充/减少最低能量分子轨道的化学势来控制skyrmions之间的吸引力。我们发现，skyrmion-skyrmion束缚态可以是稳定的，不稳定的，或亚稳态取决于化学势，磁场，和易轴各向异性的基础铁磁体，从而在一个丰富的相图。最后，我们讨论了在最近合成的Cr掺杂${\left(\mathrm{Bi}_{2-y}\mathrm{Sb}_{y}\right)}_{2}\mathrm{Te}_3$异质结构中实现这种效应的可能性。
2019-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ordered creation and motion of skyrmions with surface acoustic wave
该研究通过将[Co/Pd]多层膜嵌入SAW延迟线，在铁磁体中实现磁性斯格明子的有序产生及可忽略SkHE的电流驱动运动，为拓扑孤子操控和自旋声电子器件提供新途径。
2022-12-14 cond-mat.mtrl-sci
A Snapshot Review -- Fluctuations in Quantum Materials: From Skyrmions to Superconductivity
通过直接测量线性响应函数，例如动态磁化率，可以了解基本的材料特性。然而，通过研究波动可以提供一个新的视角。这可以通过波动耗散定理与动态磁化率联系起来，该定理将系统中的波动与其响应联系起来，这是访问材料物理学的另一种途径。在这里，我们描述了一种用于材料表征的新的X射线工具，它将提供一个利用这一定理揭示量子材料中新物理的机会。我们提供的方法的细节，并讨论了必要的分析技术，以利用潜力，探索一个未知的相空间区域。其次是拓扑手性磁体的最新结果，以及目前正在进行的工作的讨论。我们提供了一个未来的测量计划在非常规超导工作的角度。
2021-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic skyrmion diffusion controlled by field-induced symmetry breaking
颗粒的扩散具有广泛的影响，从基于颗粒的软物质系统到具有特定电子性质的固态系统。最近，在磁学领域，磁skyrmion，拓扑稳定的准粒子的扩散，已被证明。在这里，我们表明，通过施加一个平面内磁场，从而打破了系统的对称性，的skyrmion扩散成为各向异性与更快的扩散平行的场轴和更慢的扩散垂直于它。我们还表明，所施加的字段的绝对值控制的绝对值的扩散系数，使之可以从而唯一地调整两个方向的扩散和它的实力基于随机Thiele方程，我们可以解释所观察到的各向异性扩散的结果的椭圆变形的Skyrmions的应用面内场。
2020-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Skyrmion Bundles and Their Current-Driven Dynamics
拓扑电荷的量子化决定了各种拓扑自旋纹理，预计将在未来的自旋电子器件中发挥关键作用。虽然具有单位拓扑荷Q的磁skyrmion已经被广泛研究，但具有其他整数值的自旋织构迄今尚未得到很好的验证。在这里，我们报告的真实空间的图像，创建和操纵的一种类型的多Q三维skyrmion纹理，其中一个圆形的自旋螺旋关系一束skyrmion管。我们将这些对象定义为skyrmion束，并在我们的实验中显示它们具有从负到至少55的任意整数值Q。这些纹理表现为准粒子的动力学集体运动的电脉冲驱动。与Skyrmion类似，非零Q的Skyrmion束也表现出Skyrmion霍尔效应，霍尔角为62度。特别令人感兴趣的是，具有Q = 0的skyrmion束在没有skyrmion霍尔效应的情况下相对于电流共线地传播。我们的研究结果为多Q磁性物体在未来自旋电子器件中的可能应用开辟了新的视角。
2021-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Densely packed skyrmions stabilized at zero magnetic field by indirect exchange coupling in multilayers
本文提出通过精细调节多层膜参数并利用与强垂直各向异性均匀偏置磁层的层间电子耦合，在室温零场下实现密度可调、直径小于60 nm的密排斯格明子相。
2022-12-17 cond-mat.mtrl-sci
The role of magnetic dipolar interactions in skyrmion lattices
本文通过成像实验和解析模型，系统研究了多层膜重复次数从1到30时偶极相互作用对斯格明子晶格中平衡半径的影响，并揭示了外场成核可导致过填充晶格。
2024-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Driving Skyrmions in a Composite Bilayer
磁性Skyrmions和多铁性材料是纳米结构科学中最有趣的对象，在未来的自旋电子技术中具有巨大的潜力。多铁性Skyrmions的研究近年来引起了人们的极大兴趣。本文报道了在手性磁性/铁电双层复合晶格中，由驱动电场诱导产生的磁性布洛赫-斯基尔米恩子。利用自旋动力学方法，在动力学模拟中，我们采用了一个经典的磁自旋模型和一个电赝自旋模型，这两个模型通过强磁电耦合耦合。有趣的是，我们观察到一些skyrmion的对象在电子组件无论是在开关过程中，或通过施加一个磁场，这是由于电和磁结构之间的连接。
2016-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of multiple skyrmion phases in EuAl4
Tohoku University（东北大学）；Kyoto Sangyo University（京都产业大学）
通过软X射线角分辨光电子能谱研究Eu(Ga$_{1-x}$Al$_x$)$_4$的电子结构，发现其复杂磁序源于费米面口袋的嵌套向量，揭示了反铁磁晶格的电子起源。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles investigation of the emergence of multiferroicity and skyrmions in CrI2
该研究用含线性响应确定U的密度泛函理论揭示CrI2的多铁基态，并表明Pt插层可增强DMI与极化、产生手性受铁电控制的Néel斯格明子。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrical manipulation of skyrmions in a chiral magnet
写入、擦除和计算是任何工作电子设备所需的三种基本操作。磁Skyrmions可能是新兴的拓扑自旋电子器件中有前途的基本位。特别是手性磁体中的Skyrmion具有结构致密、尺寸均匀、迁移率高等突出的性质。然而，创建，删除和驱动孤立的skyrmions，作为上述基本操作的原型，自从skyrmions发现以来，一直是手性磁体中的巨大挑战，并且在单个设备中实现所有这三个操作是非常可取的。在这里，通过工程手征磁铁钴$_8$锌$_{10}$锰$_2$到定制的微型器件的原位洛伦兹透射电子显微镜观察，我们实现了这三个操作的skyrmions使用纳秒电流脉冲与低电流密度约$10^{10}$ A/m $^2$在室温下。缺口结构可以根据电流脉冲的方向和幅度来创建或删除磁skyrmions。我们进一步表明，磁skyrmions可以确定性地移动一步一步的电流脉冲，允许建立普遍的电流速度关系。这些实验结果对基于Skyrmion的存储器或逻辑器件具有直接意义。
2021-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Magnetoresistance of Magnetic Skyrmionic Bubbles
通过研究CeMn2Ge2中斯格明子气泡引起的磁阻归一化行为，发现面内三重态交换散射通道主导Bloch型斯格明子气泡态磁输运，提出了一种探测手性自旋织构拓扑性质的电学方法。
2023-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of large anomalous Hall effect and topological magnetic skyrmions in a Weyl nodal ring ferromagnet Mn5Ge3
本文在Weyl节线环铁磁体Mn5Ge3中实验证实了大可调反常霍尔效应与拓扑磁斯格明子的共存，并结合理论计算揭示其拓扑电子结构与自旋织构来源。
2024-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Dramatic pressure-driven enhancement of bulk skyrmion stability
最近发现的磁性skyrmion晶格引发了科学界的兴趣激增。一些新的现象已被证明是从导电电子与skyrmion晶格的相互作用中出现的，例如拓扑霍尔效应和超低电流密度下的自旋转移矩。在绝缘化合物Cu 2 OSeO 3中，磁-电耦合使得能够通过电场控制skyrmion晶格，有望实现新型自旋电子器件的无耗散路线。其中一个突出的基本问题是与skyrmion晶格的热力学稳定性。到目前为止，体材料中的skyrmion晶格仅在有序-无序转变以下的狭窄温度范围内被发现。如果这种狭窄的稳定性是不可避免的，它将严重限制应用。在这里，我们发现，仅对Cu 2 OSeO 3施加适度的压力就可以大幅增加skyrmion口袋的绝对尺寸。这一见解直接表明，调整电子结构可以导致Skyrmion晶格稳定性的显着增强。我们解释的发现，通过扩展以前采用的金斯堡-朗道的方法，并得出结论，各向异性的变化是主要的驱动程序控制的大小的skyrmion口袋。这一认识为调整未来Skyrmion宿主材料的性质提供了重要指导。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic skyrmions in cylindrical ferromagnetic nanostructures with chiral interactions
我们研究了具有手征相互作用的铁磁材料的圆柱形纳米带和纳米管中稳定磁性skyrmion的几何条件。我们得到的低温平衡态的系统实现模拟退火技术的经典自旋哈密顿与竞争各向同性交换和手征相互作用，径向各向异性和外场。讨论了表面曲率对磁skyrmion的形成、形状和大小的影响。我们证明了Skyrmion相位随曲率的演化是由两个特征长度之间的竞争控制的，即曲率半径$R$（几何长度）和Skyrmion半径$R_{sk}$（物理长度）.在窄纳米管（$R<R_{sk}$）中，skyrmion相演变为条纹相，而在宽纳米管（$R>R_{sk}$）中，出现混合skyrmion-条纹相。最有趣的是，混合相的特点是空间分离的skyrmions条纹由于相对于表面法线的方向施加的领域。在稳定区域（$R \gtrsim R_{sk}$）中，skyrmions保持圆形，并由于其拓扑保护而保持其大小。零场skyrmions被证明是稳定的弯曲的纳米元素与自由边界内相同的稳定区域（$R\gtrsim R_{sk}$）。从实验和技术的角度来看，从稳定性的圆柱表面上的skyrmions进行了讨论。
2020-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High temperature Neel skyrmions in simple ferromagnets
本研究通过外延Ir-Al底层施加垂直应变梯度，在简单铁磁合金Co-Al和Co-Ni-Al薄膜中实现了高达770 K的宽温区奈尔斯格明子，为斯格明子电子学铺平道路。
2025-10-07 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
Complex Magnetic Phases and Unconventional Skyrmion Thermodynamics in Magnetically Intercalated Cr$_{1+x}$Te$_2$Compounds
University of Missouri（密苏里大学）；University of Arkansas（阿肯色大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本研究通过多种实验手段揭示了磁插层Cr$_{1+x}$Te$_2$中丰富的磁相图，包括Néel型斯格明子相，并展示了化学插层对TMDs磁相互作用和相行为的深刻重塑作用。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Magnetic-Anisotropy Crossover and High-Temperature Skyrmions in the Dirac Magnet Fe3Ge with a Distorted Kagome Lattice
Zhejiang University of Technology（浙江工业大学）；Fudan University（复旦大学）；Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）；Ningbo University（宁波大学）；Academia Sinica（中央研究院）；Shanghai University（上海大学）；Suzhou University of Technology（苏州科技大学）；Qufu Normal University（曲阜师范大学）；National Taiwan Normal University（台湾师范大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本研究在Dirac Kagome磁体Fe3Ge中观测到高温斯格明子，发现其磁各向异性在375 K发生易平面到易轴的交叉，斯格明子稳定存在于375-650 K宽温区，为高温自旋电子学应用提供了新平台。
2026-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fermi Surface Nesting Driving the RKKY Interaction in the Centrosymmetric Skyrmion Magnet Gd2PdSi3
最近首次在Gd 2 PdSi 3中发现了中心对称晶体中产生的磁skyrmion。鉴于此，我们用角分辨光电子能谱（ARPES）观察了该化合物的电子结构，揭示了其与磁性的直接关系。费米面和能带色散被证明有一个很好的协议与密度泛函理论（DFT）的计算进行了仔细考虑的晶体超结构。最重要的是，我们发现，三维费米面扩展嵌套匹配以及最近的散射测量检测到的磁序的q矢量。我们发现ARPES，DFT和散射测量之间的一致性表明，Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用涉及巡游电子的形成机制的Skyrmions在Gd 2 PdSi 3。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Perspective: Organic electronic materials and devices for neuromorphic engineering
神经形态计算和工程一直是密集的研究工作，最近已加强了信息和通信技术（ICT）的突变的焦点。事实上，预计将出现新的计算解决方案和新的硬件平台，以应对我们社会的新需求和挑战。在这场革命中，许多候选技术进行了探索，并将需要利用的利弊。在这篇属于应用物理杂志的神经形态工程的特刊的前瞻性文件，我们集中在有机电子学领域的最新成就和潜力和特殊性，这一研究领域。我们强调了如何通过有机材料提供独特的材料特性，可用于设计有用的和有前途的生物启发设备和电路。我们还讨论了有机电子在神经形态工程领域的未来研究方向提供的机会。
2018-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Brightening odd-parity excitons in transition-metal dichalcogenides: Rashba spin-orbit interaction, skyrmions, and cavity polaritons
奇数角动量激子态在过渡金属二硫属化物单层中是暗到亮的，只能通过双光子探针来解决。此外，$2p$激子态预计会显示出精细的分裂，这是由材料的特殊电子能带结构引起的，其特征在于每个谷周围的有限Berry曲率。在这项工作中，我们详细研究了光子耦合到$p$激子态，我们发现，Rashba自旋轨道相互作用或Skyrmion在过渡金属dichalcogenide基板可以利用工程师有限的光学选择规则。基础机制依赖于激子角动量与Rashba自旋轨道相互作用或Skyrmion拓扑电荷的缠绕的匹配。在光子腔中，由于光子限制，耦合增强，并且所产生的极化激子分支获得与$2p^\pm$激子的混合，从而提供了检测激子精细分裂的有用工具，并且使得奇宇称暗激子能够新颖地使用。
2020-02-24 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
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
A $C^\ast$-algebraic view on the interaction of real- and reciprocal space topology in skyrmion crystals
本文以 $C^\ast$-代数分析三角晶格紧束缚斯格明子晶体，计算 Chern 数随 Fermi 能量与织构参数的变化，揭示绝热图像失效并解释实空间绕数跳变。
2024-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intra-unit-cell resolved intertwining of multi-$Q$ charge and spin textures in an itinerant skyrmion magnet
RIKEN Center for Emergent Matter Science（理化学研究所物质结构科学研究中心）；Department of Applied Physics and Quantum-Phase Electronics Center (QPEC), University of Tokyo（东京大学应用物理系及量子相电子研究中心）；Institute for Solid State Physics, University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）；Research Center for Advanced Science and Technology, University of Tokyo（东京大学先进科学技术研究中心）
本研究在GdRu₂Ge₂的五个磁性相（含两个纳米斯格明子晶体相）中，揭示了Gd 4f自旋多Q磁性与Ru 4d轨道多Q织构的关联，为非共线巡游磁体的电荷自旋交织提供了微观视角。
2026-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pseudogap and Fermi arc induced by Fermi surface nesting in a centrosymmetric skyrmion magnet
本研究通过ARPES测量中心对称斯格明子磁体GdRu₂Si₂的磁畴电子结构，发现费米面嵌套诱导赝能隙与二重对称费米弧，证实RKKY相互作用主导其螺旋自旋调制与斯格明子形成，且磁畴可调控性具备器件应用潜力。
2025-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological spin-texture transitions in van der Waals magnets revealed by X-ray Fourier transform holography
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Indian Institute of Science Education and Research (IISER)（印度科学教育与研究学院）；Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy（马克斯·玻恩非线性光学与超短脉冲光谱研究所）；Christian-Albrechts-Universität zu Kiel（基尔大学）；Universität Hamburg（汉堡大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Maulana Azad National Institute of Technology（莫拉纳阿扎德国立理工学院）；Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）；National Institute for Materials Science（日本物质材料研究机构）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
通过X射线傅里叶变换全息术结合电子晶格哈密顿量模拟，研究了二维范德瓦尔斯铁磁体Fe₃GeTe₂中从迷宫畴到孤立斯格明子、混合相及斯格明子袋的拓扑相变及其稳定性机制。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of the Capacitances of Conductors -- Perspectives for the Optimization of Electronic Devices
确定了描述电容器电容的方程。结果表明，通过优化导电电极的材料，电容器达到量子制度的电容可以大大增加或减少。提出了一种负总电容介质电容器，并对其性能进行了分析。讨论了由此产生的增强电子器件性能的前景。
2009-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Direct Growth of Graphene on Flexible Substrates Towards Flexible Electronics: A Promising Perspective
石墨烯由于其优异的导电性、机械强度、热稳定性等特性，最近引起了人们的极大兴趣。石墨烯基器件在柔性电子、光电子和能量收集方面具有很高的应用潜力。在本文中，我们回顾了各种生长策略，包括金属催化的无转移生长和柔性绝缘衬底上的石墨烯的直接生长，这是主要的问题，以避免复杂的转移过程，导致石墨烯缺陷，残留物，撕裂和性能下降的功能器件。讨论了直接生长石墨烯在实际应用中的最新进展。最后，讨论了直接生长石墨烯商业化的几个重要方向、挑战和前景。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.soc-ph
AI-Assisted Identification of Magnetic Orders and Skyrmions
University of Florida（佛罗里达大学）
本研究开发了一个机器学习框架，利用Materials Project数据通过LightGBM分类和残差多层感知器回归，实现二维材料磁有序识别（准确率93.6%）和磁化强度预测（MAE 0.686 μB/化学式单位），并辅助筛选反铁磁和拓扑自旋电子学候选材料。
2026-09-29 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
Deep-learning electronic-structure calculation of magnetic superstructures
针对磁性超结构从头算电子结构计算成本高昂的瓶颈，提出融合局域性与对称性先验的深度等变神经网络xDeepH，可高精度高效计算磁性超结构电子结构，推动磁性材料研究与深度学习从头算方法发展。
2022-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Band filling effects on the emergence of magnetic skyrmions: Pd/Fe and Pd/Co bilayers on Ir(111)
结构相似的过渡金属系统可以具有广泛不同的磁性。一个最好的例子是在Ir（111）上的双层膜，其中Pd/Fe/Ir（111）基态具有良好建立的非共线自旋织构，而Pd/Co/Ir（111）呈现铁磁（FM）单畴。为了揭示这些不同的磁行为的起源，在这里进行的Pd/Fe和Pd/Co双层膜的Ir（111）的研究。基于所获得的\textit{ab-initio}电子结构、交换耦合参数（$J_{ij}$）和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（π），我们证明，虽然在Pd/Co/Ir（111）中π是显著的，但两种成分在Pd/Fe/Ir（111）中的非共线性起源中起着关键作用：磁挫的存在和更大的面内π，两者都具有长程影响。在这两个系统中的$J_{ij}$和$J_{ij}$的行为可以解释在一个简单的刚性带状模型。此外，通过将磁参数从Pd/Co/Ir（111）调整到Pd/Fe/Ir（111）\textit{ab-initio}值进行自旋动力学模拟，我们可以找到原始FM Pd/Co/Ir（111）中出现skyrmion相的条件。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral magnetic textures in Ir/Fe/Co/Pt multilayers: Evolution and topological Hall signature
Skyrmions是拓扑保护的，二维的，局部的刺猬和旋转的螺旋。skyrmions最初是作为核相互作用的场论中的一个概念而发明的，它是凝聚态物质中广泛现象的核心。它们在室温（RT）下在磁性多层膜中的实现产生了相当大的兴趣，受到技术前景和对基本问题的访问的推动。Skyrmion与载流子的相互作用产生了奇异的电动力学，如拓扑霍尔效应（THE），霍尔对出现的磁场的响应，Skyrmion贝里相的表现。THE可以用来探测Skyrmion的提议需要进行定量测试。为此，必须全面了解skyrmion和其他手性纹理及其电指纹。在这里，使用霍尔传输和磁成像，我们跟踪的演变的磁性纹理和他们的签名在技术上可行的多层膜作为温度（$T$）和平面外施加的磁场（$H$）的函数。我们发现，拓扑霍尔电阻率（$ρ_\mathrm{TH}$）的规模与密度的孤立skyrmion（$n_\mathrm{sk}$）在很宽的范围内的$T$，确认的影响的skyrmion贝里阶段的电子输运。我们发现，在较高的$n_\mathrm{sk}$ skyrmions集群成蠕虫进行相当大的拓扑电荷，不像拓扑平凡的自旋螺旋。虽然我们建立了一个定性协议之间的$ρ_\mathrm{TH}(H,T)$和面密度的拓扑电荷$n_\mathrm{T}(H,T)$，我们详细的定量分析表明，一个更大的$ρ_\mathrm{TH}$比流行的理论预测观察到的$n_…
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
On the multiferroic skyrmion-host GaV4S8
GaV 4S 8在44 K时具有轨道有序性，在12.7 K以下具有复杂的磁性相图，其中包括铁磁性和摆线自旋有序。在低但有限的外部磁场下，这种材料中会形成Néel型skyrmions。Skyrmion是一种类自旋涡旋，由于其非平凡的自旋拓扑结构而引起了极大的理论兴趣，也被认为是新的数据存储技术的基本实体。有趣的是，我们发现，轨道有序相显示出相当大的铁电极化和多余的自旋驱动极化出现在所有的磁性相，包括skyrmion晶格相。因此，GaV 4S 8同时表现出磁性和极性有序，属于多铁性材料，近年来引起了极大的关注。在这里，我们总结了现有的实验信息的磁性，电子和介电性能的GaV 4S 8。通过进行详细的磁化率，电阻率，比热，和介电实验，我们补充了低温相图。具体来说，我们表明，低温和低场基态的GaV 4S 8似乎有一个更复杂的自旋配置比纯粹的共线铁磁自旋秩序。此外，在结构的Jahn-Teller转变的磁交换相互作用的变化从反铁磁的铁磁。我们还提供了实验证据，在GaV_4S_8中的钒V_4团簇可以被看作是自旋为1/2的分子单元。然而，在高温下，磁化率出现偏差，表明要么钒原子的磁矩独立波动，要么V4分子的激发态变得相关。
2016-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab initio exploration of short-pitch skyrmion materials: Role of orbital frustration
本文通过第一性原理计算研究短周期斯格明子材料的形成机制，揭示轨道阻挫和Hubbard修正对稳定斯格明子晶格的关键作用，并预测了Gd基和Eu基候选材料。
2024-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic and transport anomalies in R2RhSi3 (R= Gd, Tb, and Dy), resembling those of an exotic magnetic skyrmion Gd2PdSi3
我们已经进行了磁化强度，热容量，电气和磁阻测量（2-300 K）的多晶形式的金属间化合物，R2 RhSi 3（R= Gd，Tb和Dy），形成在一个AlB 2衍生的六方结构与三角形R网络。这项工作的主要动机是在磁skyrmions的拓扑霍尔效应领域约二十年后，对Gd 2 PdSi 3的兴趣的复苏。这些化合物具有双反铁磁转变（Gd的T_N= 13.5和12 K，Tb的T_N = 13.5和6.5 K，Dy的T_N = 6.5和2.5 K），但反铁磁现象似乎是复杂的。所有这些化合物最显著的共同观测结果是：（i）在数据中有许多特征与Gd_2PdSi_3相似，包括两个磁场诱导的等温磁化强度变化，好像在T_N以下有两个变磁转变。鉴于这些性质的相似性，我们推测这些Rh基材料为研究中心对称结构中的拓扑霍尔效应提供了一个很好的平台，其起源在于磁性R离子的三角晶格;（ii）在所有情况下，电子散射的贡献随温度的降低而增加，与Gd_2PdSi_3相似，从而作为在金属系统中由于几何阻挫而产生的经典自旋液相的理论预测的实例。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dzyaloshinskii-Moriya interactions, Néel skyrmions and V$_4$ magnetic clusters in multiferroic lacunar spinel GaV$_4$S$_8$
该研究用含静态平均场关联的从头算方法提取 GaV$_4$S$_8$ 的自旋相互作用，并通过自旋动力学与微磁模拟阐明 V$_4$ 分布磁矩及电子关联对 Néel 斯格明子稳定性的关键作用。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
