Investigations of the size distribution and magnetic properties of nanoparticles of Cu$_2$OSeO$_3$
受限几何中的Skyrmions由于其与体相对应物相比所表现出的不同性质而受到越来越多的关注。在这项研究中，Skyrmion托管$\text{Cu}_{2}\text{OSeO}_{3}$的纳米粒子已合成使用沉淀法，然后通过热处理。这使我们能够通过改变前体热分解的温度和持续时间来生产平均尺寸从几十纳米到几微米不等的纳米颗粒。这些尺寸跨越$\text{Cu}_{2}\text{OSeO}_{3}$中Skyrmion的$\sim 63$ ~nm直径，允许调查当几何约束的尺寸类似于或小于孤立的磁Skyrmion的尺寸时磁状态如何变化。AC磁化率测量的纳米粒子的尺寸分布从15至250 nm的变化显示在磁相图相比，散装$\text{Cu}_{2}\text{OSeO}_{3}$。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
All-electrical detection of skyrmion lattice state and chiral surface twists
通过测量薄Pt电极上的自旋霍尔磁电阻（SMR），研究了手性磁性绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$的高温相图.我们发现在分离不同的磁相的散装铜$_2$ OSeO $_3$的临界线的SMR信号的相位和幅度的明显变化。Skyrmion晶格态在SMR相中表现为强烈的倾斜。一个强大的增强的SMR振幅中观察到的锥形螺旋状态，我们解释了一个额外的diely-allowed贡献的SMR存在于非共线磁体。我们证明，SMR可以用作磁性绝缘体中手征表面扭曲和skyrmions的全电探针。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigating the magnetic ground state of the skyrmion host material Cu$_{2}$OSeO$_{3}$ using long-wavelength neutron diffraction
我们目前的长波长中子衍射数据测量的单晶和多晶样品的skyrmion主体材料铜$_{2}$ OSeO $_{3}$。我们观察磁卫星周围的$(0\bar{1}1)$衍射峰无法访问其他技术，并区分螺旋锥自旋纹理倒易空间。我们确认连续的过渡从螺旋到圆锥到场极化有序的自旋纹理作为外部磁场的增加。与传播矢量垂直于场方向的skyrmion晶格的形成中观察到的区域的场-温度相图，这是与以前的报告一致。我们的测量结果表明，不仅场极化相，而且螺旋基态是由亚铁磁集团，而不是单独的自旋。这些团簇是扭曲的Cu四面体，其中一个Cu离子上的自旋与其他三个Cu离子上的自旋反对齐。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Effects of Cobalt Doping on the Skyrmion Hosting Material Cu$_2$OSeO$_3$
The University of Auckland（奥克兰大学）；MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology（麦克迪亚米德先进材料与纳米技术研究所）；Australian Institute of Nuclear Science and Engineering（澳大利亚核科学与工程研究所）；University of Fribourg（弗里堡大学）；Australian Centre for Neutron Scattering, ANSTO（澳大利亚中子散射中心，澳大利亚核科学与技术组织）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
研究通过化学掺杂探索钴对Cu$_2$OSeO$_3$原子和磁结构的影响，发现掺杂改变了磁序并影响skyrmion口袋温度。
2026-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Field-induced reorientation of helimagnetic order in Cu$_2$OSeO$_3$ probed by magnetic force microscopy
Cu $_2$ OSeO $_3$是具有磁电耦合的绝缘skyrmion-主体材料，该磁电耦合引起具有对磁场$\vec H$的特征依赖性的电极化的强度。我们报告了磁力显微镜成像的螺旋实空间自旋结构的表面上的大块单晶Cu $_2$ OSeO $_3$。在磁场的存在下，helmagnetic顺序一般重定向，并获得均匀的磁化分量，导致在较大的领域的圆锥形排列。我们研究了在10 K的温度下，接近晶体学$\langle 110\rangle$方向的场的重取向过程，该方向涉及$H_{c1}$的相变。实验证据的磁畴在真实空间中的形成，以及伴随着重新取向过程的弛豫事件的微观起源。此外，电极化的强度是通过开尔文探针力显微镜测量。我们表明，电极化的强度的特征场依赖性起源于这种螺旋磁重取向过程。我们的实验结果很好地描述了一个有效的朗道理论先前调用MnSi，捕获磁晶各向异性和塞曼能量之间的竞争。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The quantum origins of skyrmions and half-skyrmions in Cu2OSeO3
Skyrme粒子，即$skyrmion$，在半个多世纪前被引入，并用于构建致密核物质的场论。但由于skyrmions是数学对象--特殊类型的拓扑孤子--它们可以出现在更广泛的背景下。最近在helimagnets中观察到skyrmions，形成了有望作为信息载体的纳米级自旋纹理。这些skyrmion的长度尺度比原子间的间距大得多，它们表现得像大型的经典物体，但在它们的深处却是量子起源。深入到它们的微观根源需要一个多尺度的方法，跨越整个量子到经典领域。通过利用交换能量尺度的自然分离，我们首次在Skyrmionic莫特绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$中实现了这一点。原子从头计算结果表明，它的磁性积木强烈起伏铜$_4$四面体。这些产生了一个连续统理论与skyrmionic纹理，同意与报告的实验。它还揭示了在特定的温度和磁场范围内，skyrmions衰变为半skyrmions。理论的多尺度方法解释了强重整化的本地时刻，并预测进一步的指纹的量子起源的磁skyrmion，可以观察到在铜$_2$ OSeO $_3$，如弱色散的高能量激发与铜$_4$四面体，弱反铁磁调制的初级亚铁磁秩序，和一个分馏skyrmion相。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Direct observation of the exchange anisotropy in the helimagnetic insulator Cu$_2$OSeO$_3$
本文利用矢量磁场下的透射共振 X 射线散射直接定量测量了 Cu$_2$OSeO$_3$ 中各向异性交换相互作用的强度及其温度依赖性，发现其在 50 K 以下持续增强并引起 10% 的锥形螺旋螺距变化，为理解倾斜锥形和低温 skyrmion 态的形成提供了关键实验依据。
2023-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable gigahertz dynamics of low-temperature skyrmion lattice in a chiral magnet
本研究针对手性磁绝缘体Cu₂OSeO₃的低温斯格明子相，通过场循环方法生成该相并结合吉赫兹自旋动力学探测，揭示了其可调激发模式与相图特征，明确了磁晶各向异性对模式杂化的核心作用。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Low spin wave damping in the insulating chiral magnet Cu$_{2}$OSeO$_{3}$
具有拓扑非平凡自旋序的手征磁体，如Skyrmions，在基础科学和应用科学中都引起了人们极大的兴趣。本文报道了绝缘手性亚铁磁体Cu $_{2}$ OSeO $_{3}$的宽带微波光谱。对于磁化动力学的阻尼，我们发现一个非常小的吉尔伯特阻尼参数约$1\times10^{-4}$在5 K。该值仅为最佳绝缘亚铁磁体钇铁石榴石所报告值的4倍。我们检测到一系列尖锐的共振，并将其归因于毫米大小的样品中的受限自旋波。考虑到小的阻尼，绝缘手征磁体在探索高频应用的非共线自旋结构时是有希望的候选者。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Creation of a Chiral Bobber Lattice in Helimagnet-Multilayer Heterostructures
手性浮子是一种局部三维磁化结构，以奇点为终端。手征波子与手征磁铁中的磁性skyrmion共存，使它们自身成为新型的skyrmion互补信息位。然而，按需创建的浮子，以及他们的直接观察仍然难以捉摸。在这里，我们介绍了一种新的机制，通过两个具有可比大小的skyrmion物种的接近，创造一个稳定的手性bobber晶格态。实验证明了这种效应在Cu $_2$ OSeO $_3$ /[Ta/CoFeB/MgO] $_4$异质结构中，其中在Cu $_2$ OSeO $_3$的相图中出现外来的bobber晶格态。为了明确揭示手性bobber晶格态的存在，我们开发了一种新的表征技术，磁截断棒分析，这是基于共振弹性x射线散射。
2020-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tunable Cooperativity in Coupled Spin--Cavity Systems
通过外加控制参量改变自旋系统的磁态，实验研究了耦合自旋-腔系统中协同效应的可调谐性。作为模型系统，我们使用Skyrmion主体材料Cu $_2$ OSeO $_3$耦合到微波谐振腔。在不同的磁相，我们测量的谐振器和磁振子模式之间的色散耦合和模型，我们的结果，通过使用输入-输出形式主义。我们的研究结果表明，通过磁场的归一化耦合率的一个很强的可调谐性，使我们能够改变磁振子-光子的合作从1到60的skyrmion晶格态的相边界。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Short-wave magnons with multipole spin precession detected in the topological bands of a skyrmion lattice
本研究利用布里渊光散射显微镜在Cu$_2$OSeO$_3$斯格明子晶格中检测到短波多极磁振子，并识别出四极及可能的六极模式，为GHz频率拓扑磁振子器件设计提供了新途径。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional Oxides for Topological Magnetic Textures by Design
设计可操作的Skyrmion赛道存储器的几个挑战是众所周知的。在这些挑战中，如果研究人员只依赖金属材料，可以确定一些矛盾。因此，将Skyrmion物理的探索扩展到氧化物材料是弥合矛盾差距的必要条件。在这篇专题综述中，我们首先简要地修改了稳定和操纵Skymion的理论和标准，然后研究了偶极稳定的磁泡的行为。接下来，我们探索了具有磁电耦合的多铁性Skyrmions的性质，到目前为止，它只能稳定在Cu $_2$ OSeO $_3$中，以及在一些极性材料中罕见的体Néel型Skyrmions。作为一个穿插部分，我们回顾了反常效应（AHE）和拓扑霍尔效应（THE）的理论，然后回顾了氧化物薄膜中拓扑霍尔效应的最新进展。还讨论了关于另一种解释的争论。最后，展望了利用钙钛矿的界面电荷转移和（111）取向来研究Skyrmion的前景。
2020-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of magnetic excitations of skyrmion crystal in a helimagnetic insulator
Skyrmion是一种拓扑稳定的自旋织构，其中自旋方向包裹一个球体。拓扑性质引起了涌现的电磁现象，如拓扑霍尔效应。近年来，利用中子衍射和洛仑兹透射电子显微镜在手性螺旋磁体中观察到了纳米尺度Skyrmion的结晶。Skyrmions在低至$\sim$ 10 $^6$ A/m $^2$的电流密度下是相当可移动的，并且在某些情况下，直到接近室温时是稳定的。这些特征表明，skyrmions可能作为类似于气泡存储器的磁性稳定变量工作，但具有拓扑功能。本文从微波响应的角度研究了螺旋磁绝缘体Cu $_2$ OSeO $_3$中Skyrmion晶体的低能激发.我们观察到两种不同的激发的skyrmion具有不同的偏振特性;逆时针循环模式在1 GHz和呼吸模式在1.5 GHz。这些模式可能发挥了至关重要的作用，在低能量动力学的skyrmions，因此在他们的操纵通过外部刺激。
2012-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetic resonance with magnetic phase selectivity by means of resonant elastic x-ray scattering on a chiral magnet
立方手性磁体，例如Cu $_{2}$ OSeO $_{3}$，表现出各种非共线自旋织构，包括自旋涡旋的三角晶格，所谓的skyrmions。利用磁共振弹性X射线散射（REXS）技术，在GHz频率的磁场作用下，对晶体布拉格峰及其磁性卫星进行了磁共振散射，通过散射强度探测了这些自旋织构的铁磁共振模式。最值得注意的是，skyrmion晶格的三个本征模检测具有很大的灵敏度。由于这种新技术，我们标记为REXS-FMR，在倒易空间中的不同位置进行，它允许区分来自不同磁状态的贡献，提供关于精确特性，重量和模式混合的信息，作为应用程序定制激励的先决条件。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From picometre displacements to a three-dimensional lattice gas of polar skyrmions
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Institute of physics, Zagreb（萨格勒布物理研究所）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学与技术研究院）；Aarhus University（奥胡斯大学）
本研究通过三维差分布函数分析，揭示PbTiO3/SrTiO3超晶格中极性斯格明子泡形成三维晶格气体，明确其层间耦合特性及A、B位阳离子均参与极化畸变的微观结构。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Tunable surface configuration of skyrmion lattices in cubic helimagnets
在体螺旋磁网络中，由于内禀磁弹性耦合，磁skyrmion晶格的存在总是伴随着周期性的应力场。这种非平凡的应力场在表面的释放导致一个周期性的位移场，它表征了一种新的类粒子性质的Skyrmion：它的表面配置。在这里，我们推导出这种位移场的解析解半无限立方helimagnets时skyrmions存在。对于锰硅，我们表明，Skyrmion晶格具有凹凸不平的表面配置，其特征在于周期性排列的峰与约10 $^{-13}$ m的特征高度。可以通过改变所施加的磁场的强度来控制峰的图案。此外，我们还证明了表面构形随Skyrmion晶格的运动和变形而变化。因此，表面构型可以通过施加电流、机械载荷以及对skyrmions有影响的任何其他形式的外部场来调整。
2018-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Observation of distorted tilted conical phase at the surface of a bulk chiral magnet with resonant elastic x-ray scattering
Technische Universität München（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Center for Quantum Engineering (ZQE), Technical University Munich（慕尼黑工业大学量子工程中心）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）
利用共振弹性X射线散射在Cu₂OSeO₃表面观察到稳定的扭曲倾斜锥形相，揭示了磁场下磁结构的有序态与Skyrmions共存的现象。
2024-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Reversible "triple-Q" elastic field structures in a chiral magnet
本文给出了手征磁铁中周期性分布的本征应变引起的周期弹性场的解析解。对于Skyrmion相，周期位移场和应力场都由三个不同波数的“三Q”结构组成。我们发现，随着外加磁场的增加，一种“三Q”位移结构和应力结构发生了位形反转，即初始场位形和最终场位形具有相似的模式，但所有场矢量的方向相反。这一结果对设计新型的基于Skyrmion的数据存储器件和微波应用具有启发意义。所得解对于理解手征磁体中Skyrmion的涌现力学性质具有重要意义。
2016-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic-Driven Magnetic Skyrmion Motion
磁性Skyrmions在开发新型自旋电子器件方面具有巨大的潜力。电操纵skyrmions主要依赖于电流诱导的自旋轨道力矩。最近的一个理论模型表明，表面声波（SAW）可以更有效地操纵Skyrmions，SAW是一种弹性波，可以通过磁弹性效应与磁矩耦合。然而，由SAW驱动的skyrmions的定向运动仍然缺失。在这里，我们实验证明了由片上压电换能器传播SAW脉冲驱动的Ta/CoFeB/MgO/Ta多层膜中的Néel型skyrmions的运动。结果表明，具有纵向和剪切垂直位移的弹性波（Rayleigh波）能捕获Skyrmions，而剪切水平波能有效地驱动Skyrmions运动。特别是，沿SAW传播方向的纵向运动和由于拓扑电荷的横向运动，观察到并进一步证实了我们的微磁模拟。这项工作展示了一种基于声波操纵skyrmions的有前途的方法，这可能为超低功率自旋电子学提供新的机会。
2022-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic creation and deletion of a single magnetic skyrmion observed by direct time-resolved X-ray microscopy
基于磁skyrmions的自旋电子器件由于其纳米尺寸、拓扑保护的稳定性和高效的电流驱动动力学而成为下一代存储器应用的有希望的候选者。自从最近发现室温磁skyrmion以来，已经有关于电流驱动skyrmion在磁轨道上位移的报道，以及电流脉冲驱动skyrmion产生的演示。然而，在室温下单个skyrmion的受控湮灭仍然难以捉摸。在这里，我们证明了确定性的写入和删除的单个孤立的skyrmions在室温下的亚铁磁GdFeCo薄膜与设备兼容的带状线几何形状。该过程是由电流脉冲，诱导自旋轨道扭矩的应用程序驱动，并直接观察到使用时间分辨纳米X射线成像技术。我们提供了一个有效的和确定性的写入和删除过程的电流脉冲轮廓。利用微磁学模拟，我们还揭示了在这个过程中发生的拓扑波动的微观机制。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Long wavelength helimagnetic order and skyrmion lattice phase in Cu2OSeO3
我们报告了一个长波长helmagnetic超结构在大块样品的亚铁磁绝缘体Cu 2 OSeO 3。与从小角中子散射和磁化测量推断的螺旋磁调制相关的磁相图包括skyrmion晶格相，并且强烈地让人联想到MnSi、FeGe和Fe 1-xCoxSi，即，Cu 2 OSeO 3的二元同构兄弟，按螺旋磁序排列。的比热的温度依赖性的Cu 2 OSeO 3是近临界的自旋波动的helmagnetic转变的特点。这提供了推定的证据，有效的自旋电流的磁介电响应，而不是原子位移考虑到目前为止的增强的起源。
2012-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
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
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
Microscopic effect of spin-lattice couplings on dynamical magnetic interactions of a skyrmion system PdFe/Ir(111)
本研究通过第一性原理计算揭示PdFe/Ir(111)中自旋-晶格耦合对动力学磁相互作用的微观效应，发现次近邻交换和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用受SLC影响更大，为设计基于skyrmion热力学性质的自旋电子学器件提供指导。
2024-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Subterahertz collective dynamics of polar vortices
拓扑结构的集体动力学从基础和应用的角度都引起了人们极大的兴趣。例如，对磁涡旋和skyrmions的动力学性质的研究不仅加深了对多体物理学的理解，而且在数据处理和存储方面也有潜在的应用。最近在铁电超晶格中实现了由电极化而不是自旋构造的拓扑结构，有望用于拓扑有序的超快电场控制。然而，很少有人知道这种复杂的扩展的纳米结构，这反过来又构成其功能的动力学。使用太赫兹场激发和飞秒X射线衍射测量，我们观察到超快集体极化动力学是独特的极涡，与数量级更高的频率和更小的横向尺寸比实验实现的磁涡旋。一种以前看不见的软模式，以下称为涡子，出现了纳米级原子位移圆形图案的瞬态阵列，在皮秒时间尺度上反转它们的涡度。其频率显着降低，在临界应变，表明凝聚的结构动力学。基于第一性原理的原子计算和相场模型揭示了微观原子排列和涡旋模式的频率。极涡亚太赫兹集体动力学的发现为电场驱动的数据处理在具有超高速和超密度的拓扑结构中的应用开辟了机会。
2021-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric defect distribution generates bulk Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Pt/Co/Pt
Nagoya University（名古屋大学）；Institute of Materials and Systems for Sustainability, Nagoya University（名古屋大学材料系统可持续发展研究所）
研究揭示名义对称Pt/Co/Pt多层膜中体DMI源于非对称分布的位错，建立了缺陷工程调控DMI的策略，为自旋电子器件提供新设计原理。
2026-08-20 cond-mat.mtrl-sci
