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相似文献
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1.
Yang Gao 《中国物理 B》2022,31(6):67502-067502
High performance of the generation, stabilization and manipulation of magnetic skyrmions prompts the application of topological multilayers in spintronic devices. Skyrmions in synthetic antiferromagnets (SAF) have been considered as a promising alternative to overcome the limitations of ferromagnetic skyrmions, such as the skyrmion Hall effect and stray magnetic field. Here, by using the Lorentz transmission electron microscopy, the interconversion between the single domain, labyrinth domain and skyrmion state can be observed by the combined manipulation of electric current and magnetic field in a Hall balance (a SAF with the core structure of [Co/Pt]4/NiO/[Co/Pt]4 showing perpendicular magnetic anisotropy). Furthermore, high-density room temperature skyrmions can be stabilized at zero field while the external stimulus is removed and the skyrmion density is tunable. The generation and manipulation method of skyrmions in Hall balance in this study opens up a promising way to engineer SAF-skyrmion-based memory devices.  相似文献   

2.
轩胜杰  柳艳 《物理学报》2018,67(13):137503-137503
斯格明子是一种拓扑稳定的手性自旋结构,凭借其在磁性赛道存储器和自旋电子器件方面的巨大应用潜力而受到研究人员的广泛关注.为了使斯格明子能够更好地应用于磁性赛道存储器,研究斯格明子在纳米条带中的运动行为就变得非常重要.本文主要研究了存在周期性应变的纳米条带中铁磁斯格明子和反铁磁斯格明子在电流驱动下的运动行为.研究结果表明:周期性应变使得驱动电流存在一个临界电流密度,只有当电流密度大于临界电流密度时斯格明子才能够在纳米条带中连续移动.临界电流密度随应变振幅的增加而增加,随应变周期的增加而减小.铁磁斯格明子在周期性应变的调制下会产生周期性运动,轨迹为波浪式,其横向速度受到边界的影响,而纵向速度则与应变梯度成正比.反铁磁斯格明子在周期性应变调控下运动方向不变,但其移动速度则剧烈变化.  相似文献   

3.
斯格明子电子学的研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
赵巍胜  黄阳棋  张学莹  康旺  雷娜  张有光 《物理学报》2018,67(13):131205-131205
在过去的半个世纪中,微电子技术一直沿着著名的摩尔定律快速发展,当前已经达到单芯片可集成上百亿晶体管.然而随着晶体管尺寸的缩小,因量子效应所产生的漏电流及其所导致的热效应使得这一定律遇到瓶颈.自旋电子技术由于引入了电子自旋这一全新的自由度,将有望大幅度降低器件功耗,突破热效应枷锁.斯格明子是一种具有拓扑保护的类粒子自旋结构,有望成为下一代自旋电子信息载体,引起了从物理到电子领域的广泛关注.由于其特殊的拓扑性质,斯格明子具备尺寸小、结构稳定、驱动阈值电流小等诸多优点,室温下斯格明子的成核、输运及探测进一步验证了其广泛的应用潜力,由此诞生了研究相关器件及应用的斯格明子电子学.本综述从电子学角度首先介绍斯格明子的基础概念及发展现状、理论及实验研究方法,重点阐述斯格明子器件的写入、调控及读取功能,介绍了一系列具有代表性的新型信息器件;最后,结合斯格明子电子学现状分析了目前所面临的发展瓶颈以及未来的应用前景.  相似文献   

4.
孔令尧 《物理学报》2018,67(13):137506-137506
具有非平庸拓扑性的新型磁结构斯格明子,由于其拓扑稳定性、尺寸小、低电流驱动等方面的显著优势,有望应用于自旋电子学储存器件.拓扑和凝聚态物理学的结合,使得斯格明子展现出很多有趣的拓扑物理现象,吸引了众多的研究兴趣,同时这些性质也是其电流驱动下动力学特点的重要影响因素.本文从斯格明子的拓扑物理学基础及其自旋电子学器件应用相关动力学两个方面介绍了相关研究进展.在拓扑物理基础方面,介绍了斯格明子的拓扑霍尔效应、斯格明子霍尔效应以及自旋轨道转矩等拓扑性质,由此讨论了斯格明子的动力学性质及其计算方法;在动力学方面,从非均匀电流驱动生成斯格明子、电流驱动下的稳定输运、产生湮灭过程的人工控制几个赛道存储应用关心的问题简要地介绍了相关微磁学模拟研究最新进展.  相似文献   

5.
Voltage-controlled magnetic skyrmions have attracted special attention because they satisfy the requirements for well-controlled high-efficiency and energy saving for future skyrmion-based neuron device applications.In this work,we propose a compact leaky-integrate-fire(LIF)spiking neuron device by using the voltage-driven skyrmion dynamics in a multiferroic nanodisk structure.The skyrmion dynamics is controlled by well tailoring voltage-induced piezostrains,where the skyrmion radius can be effectively modulated by applying the piezostrain pulses.Like the biological neuron,the proposed skyrmionic neuron will accumulate a membrane potential as skyrmion radius is varied by inputting the continuous piezostrain spikes,and the skyrmion radius will return to the initial state in the absence of piezostrain.Therefore,this skyrmion radius-based membrane potential will reach a definite threshold value by the strain stimuli and then reset by removing the stimuli.Such the LIF neuronal functionality and the behaviors of the proposed skyrmionic neuron device are elucidated through the micromagnetic simulation studies.Our results may benefit the utilization of skyrmionic neuron for constructing the future energy-efficient and voltage-tunable spiking neural networks.  相似文献   

6.
Magnetic skyrmions are intriguing topological spin textures that promise future high-density spintronic devices. The creation of magnetic skyrmions has been understood based on the energetics of skyrmions, but the detailed dynamic process of the skyrmion creation remains unclear. Here topological evolution in conversion from uneven domains to Néel-skyrmions is investigated using micromagnetic simulations. We find that, rather than the overall topological charge, annihilation of novel topological defects, i.e., recently suggested domain wall skyrmions, dominantly govern the skyrmion creation process. Also, the topological charge evolution is interpreted in terms of the number and the combination of such topological defects.  相似文献   

7.
迟晓丹  胡勇 《物理学报》2018,67(13):137502-137502
在带有垂直各向异性的二维三角晶格磁体中,当同时存在最近邻铁磁性和第三近邻反铁磁性交换作用时,垂直于膜面施加外磁场会使体系内自旋沿着非共面的方向排列,甚至出现拓扑稳定的斯格明子自旋结构.基于蒙特卡罗模拟方法,本文研究了在该二维阻挫磁体中,竞争性交换作用和外磁场对斯格明子直径的影响.与常规非中心对称的手性磁体中的斯格明子性质类似,外磁场会磁化斯格明子外围自旋而减小斯格明子直径.但是,磁体中反铁磁性交换作用的增强会整体压缩斯格明子.本文结合自旋波理论和蒙特卡罗模拟,首次量化了此类阻挫磁体中斯格明子的直径.结果表明:在弱的反铁磁性交换作用磁体中,斯格明子直径随磁场增大而快速线性减小;随着反铁磁性交换作用的增大,斯格明子直径随外磁场增大的减小变得相对平缓,但在强磁场下也会造成斯格明子直径的加速减小;随着反铁磁性交换作用的增强,斯格明子在不同外磁场下的直径的最大值和中值均从逐渐减小到渐趋稳定,而直径的最小值则从快速减小到表现出很大的涨落.这些现象都可以通过分析斯格明子在不同交换作用和外磁场下的构型和磁能变化加以解释.该项工作阐明了在中心对称的阻挫磁体中斯格明子直径的可调节性,不仅完善了我们对斯格明子本身物理机理的认识,同时也为发展基于斯格明子的新一代存储和逻辑器件提供了理论支撑.  相似文献   

8.
刘冶华  李有泉 《中国物理 B》2015,24(1):17506-017506
We review the recent progress on the magnetic skyrmions in chiral magnetic materials.The magnetic skyrmion is a topological spin configuration with localized spatial extent,which could be thought of as an emergent rigid particle,owing to its particular topological and chiral properties.Static skyrmionic configurations have been found in various materials with different transport and thermodynamic properties.The magnetic skyrmions respond to externally applied fields in a very unique way,and their coupling to other quasiparticles in solid-state systems gives rise to the emergent electrodynamics.Being not only theoretically important,the magnetic skyrmion is also very promising to be the information carrier in next generation spintronic devices.  相似文献   

9.
夏静  韩宗益  宋怡凡  江文婧  林柳蓉  张溪超  刘小晰  周艳 《物理学报》2018,67(13):137505-137505
磁斯格明子是一种具有准粒子特性的拓扑纳米磁畴壁结构.由于磁斯格明子具有较好的稳定性和新奇的动力学特性,并可被磁场、电场、电流等方式调控,有望成为高密度、低耗能、非易失性信息存储及逻辑运算的新兴信息载体.自2009年磁斯格明子首次被实验观测到至今,已有多种基于磁斯格明子的器件概念和原型器件被提出.本文对基于磁斯格明子应用的研究进展进行综述,对现阶段几种具有代表性的磁斯格明子器件应用进行简要介绍、分析和总结,包括基于磁斯格明子的赛道存储器件、逻辑计算器件、类晶体管功能器件和纳米级微波振荡器;同时阐述了几种可能的通过磁斯格明子表达二进制信息元的方法;并展望了磁斯格明子的其他潜在应用以及未来基于磁斯格明子器件应用的发展方向.  相似文献   

10.
梁雪  赵莉  邱雷  李双  丁丽红  丰友华  张溪超  周艳  赵国平 《物理学报》2018,67(13):137510-137510
磁性斯格明子是拓扑稳定的自旋结构,它的尺寸小,驱动电流阈值小,被广泛认为是下一代磁性存储的基本单元.斯格明子的主要优势在于它奇特的动力学性质,特别是它能够与传导电子相互作用,在低电流密度驱动下可以在赛道上稳定地运动.本文结合磁性斯格明子赛道存储的最新研究成果,对斯格明子在赛道上的写入、驱动和读出三个方面进行了较为详细的综述.重点介绍了注入自旋极化电流这一最常见的驱动方法,分析了斯格明子在赛道上的堵塞和湮没现象,探讨了斯格明子霍尔效应及其可能造成信号丢失的危害和相关的解决方法,并在此基础上详细介绍了几种斯格明子塞道存储的优化设计方案.最后总结了磁性斯格明子赛道存储面临的一些挑战.  相似文献   

11.
李子安  柴可  张明  朱春辉  田焕芳  杨槐馨 《物理学报》2018,67(13):131203-131203
斯格明子(skyrmion)磁序结构与晶体微观结构的关联是新型功能磁材料和器件研发的重要问题.本文利用微纳加工技术制备了形状、尺寸均可控的磁纳米结构,通过电子全息术观察定量地分析了斯格明子磁序结构,确定了材料晶格缺陷和空间受限效应对斯格明子磁结构形成和稳定机制的影响,系统地分析了斯格明子基元的磁功能与材料微结构的关联.文中主要探讨了两个问题:1)斯格明子在磁纳米结构中的空间受限效应.重点研究斯格明子磁序随外磁场和温度变化的演变规律,探索其演变过程的拓扑属性和稳定性;2)晶格缺陷对斯格明子磁结构的影响,重点考察晶界原子结构手性反转对斯格明子磁序的影响.这些研究结果可为研发以磁斯格明子为基元的磁信息存储器及自旋电子学器件提供重要实验基础.  相似文献   

12.
李文静  光耀  于国强  万蔡华  丰家峰  韩秀峰 《物理学报》2018,67(13):131204-131204
磁性斯格明子由于具有拓扑保护、尺寸小、驱动电流密度低等优异的属性,有望作为未来超高密度磁存储和逻辑功能器件的信息载体.为了满足器件中信息写入和读取的基本要求,需要在室温下实现斯格明子的精确产生、操控和探测.该综述简要介绍最近我们针对上述问题取得的一系列研究进展,包括:1)证明可以通过控制磁性薄膜材料的垂直磁各向异性在室温下产生斯格明子,并进一步在基于反铁磁的薄膜异质结中发现了室温、零磁场下稳定存在的斯格明子;2)证明能够利用电流产生的自旋轨道力矩操控斯格明子,并进一步制备出一种基于斯格明子的原理型器件,实现了利用电学方式产生和操控数量可控的斯格明子.  相似文献   

13.
磁性斯格明子的研究现状和展望   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
刘艺舟  臧佳栋 《物理学报》2018,67(13):131201-131201
磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度涡旋磁结构.斯格明子主要存在于非中心对称的手性磁性材料以及界面镜面对称性破缺的磁性薄膜材料中.因具有实空间的非平庸拓扑性,磁性斯格明子展现出丰富新奇的物理学特性,例如拓扑霍尔效应,新兴电磁动力学等,为研究拓扑自旋电子学提供了新的平台.另一方面,由于其具有尺寸小,高稳定性和易操控的特性,磁性斯格明子在未来高密度,低能耗,非易失性计算和存储器件中也具有潜在应用.现阶段的研究已经初步发现一系列磁斯格明子材料,并证明能够通过电流操控室温下稳定的磁性斯格明子,但是室温下单个斯格明子的精确产生、湮灭以及探测在实验上仍具有挑战性.本文阐述了磁性斯格明子的基础理论以及动力学研究现状,并对现有的斯格明子材料和斯格明子的产生,湮灭以及探测方法进行了总结,最后还对未来磁性斯格明子的物理理论研究以及应用发展中的挑战和机遇进行了讨论.  相似文献   

14.
金晨东  宋承昆  王金帅  王建波  刘青芳 《物理学报》2018,67(13):137504-137504
磁斯格明子作为一种具有拓扑保护性质的准粒子受到了磁学与磁性材料领域科学家的广泛关注.本文对磁斯格明子的拓扑性质进行了概述,回顾了磁斯格明子的存在条件以及运输特性,综述了近年来利用微磁学模拟研究的磁斯格明子激发、操控、微波磁场响应以及基于磁斯格明子的器件设计,主要包括赛道存储器、自旋纳米振荡器、晶体管和逻辑门.通过本文的综述,希望为磁斯格明子在未来信息领域的应用提供参考.  相似文献   

15.
斯格明子(skyrmion)的概念最早是由英国的粒子物理学家Tony Skyrme提出,它被用来描述粒子的一个状态,是一种拓扑孤立子.磁性斯格明子是一种具有拓扑行为的新型磁结构,其空间尺寸为纳米量级,空间距离从纳米到微米量级可调;其存在温度涵盖从低温、室温到高温的宽温区;其材料体系不仅包括早期发现的低温区B20型中心对称破缺的铁磁体和螺旋磁有序的弱铁磁材料,也包括近期发现的室温及以上的中心对称六角结构磁性MnNiGa金属合金和磁性薄膜/多层膜体系.利用磁性斯格明子的拓扑磁结构可以实现类似于自旋阀或者磁性隧道结中的自旋转移矩效应,即外加电流可以驱动斯格明子,其临界电流密度比传统翻转磁性多层膜体系中磁矩的电流密度(一般为10~7A/cm~2)要低5个数量级,约为10~2A/cm~2,该临界值远低于硅基半导体技术中沟道电流密度的上限,在未来的磁信息技术中具有广泛的应用前景.本综述简单介绍了磁性斯格明子的发展历程,归纳总结了磁性斯格明子的材料体系,介绍了观察磁性斯格明子的实验手段,重点介绍了多场(磁场、电流、温度场)调控作用下中心对称MnNiGa合金和Pt/Co/Ta磁性多层膜体系中磁性斯格明子的产生、消失以及外场调控演变等动态行为.  相似文献   

16.
Shan Qiu 《中国物理 B》2022,31(11):117701-117701
The magnetic skyrmion transport driven by pure voltage-induced strain gradient is proposed and studied via micromagnetic simulation. Through combining the skyrmion with multiferroic heterojunction, a voltage-induced uniaxial strain gradient is adjusted to move skyrmions. In the system, a pair of short-circuited trapezoidal top electrodes can generate the symmetric strain. Due to the symmetry of strain, the magnetic skyrmion can be driven with a linear motion in the middle of the nanostrip without deviation. We calculate the strain distribution generated by the trapezoidal top electrodes pair, and further investigate the influence of the strain intensity as well as the strain gradient on the skyrmion velocity. Our findings provide a stable and low-energy regulation method for skyrmion transport.  相似文献   

17.
A Monte Carlo simulated-annealing algorithm was used to study the magnetic state in an in-plane helimagnet layer on triangular lattice that exchange couples to an underlayer with strong out-of-plane anisotropy. In the single helimagnet layer with in-plane anisotropy (K), the formation of labyrinthlike domains with local spin spirals, instead of parallel stripes, is favored, and these domains rapidly transform into dense skyrmion crystals with increasing interfacial exchange coupling (J′), equivalent to a virtual magnetic field, and finally evolve to an out-of-plane uniform state at large enough J′. Moreover, with increasing K, the skyrmion crystal state can vary from regular 6-nearest-neighboring circular skyrmion arrangement to irregular squeezed skyrmions with less than 6 nearest neighbors when the in-plane anisotropy energy is higher than the interfacial exchange energy as the skyrmion number is maximized. Finally, we demonstrated that the antiferromagnetic underlayer cannot induce skyrmions while the chirality inversion can be achieved on top of an out-of-plane magnetization underlayer with 180◦ domain walls, supporting the experimental findings in FeGe thin film. This compelling advantage offers a fertile playground for exploring emergent phenomena that arise from interfacing magnetic skyrmions with additional functionalities.  相似文献   

18.
徐桂舟  徐展  丁贝  侯志鹏  王文洪  徐锋 《物理学报》2018,67(13):137508-137508
磁性斯格明子由于拓扑的保护性,具有很高的稳定性和较小的临界驱动电流,有望应用于未来的赛道存储器件中.而在中心对称体系,由于偶极作用的各向同性,磁泡的拓扑性和螺旋度都呈现出多样性的特征.其中非平庸的磁泡即等同于磁性斯格明子.我们通过近期实验结果,结合微磁学模拟的方法,发现在中心对称体系中磁斯格明子的拓扑性会受到体系垂直各向异性的调控.另外在加磁场的演变过程中,会很大程度上依赖于基态畴的畴壁特性.磁场的倾斜或者一定的面内各向异性也会改变磁斯格明子的形态.通过对材料的基态磁结构及磁各向异性的调节,辅助以面内分量的控制,可以对基态磁畴、进而对磁斯格明子的拓扑性实现调控.这对磁斯格明子在电流驱动存储器件中的应用具有重要意义.  相似文献   

19.
Yaodong Wu 《中国物理 B》2022,31(7):77504-077504
We report dynamics of skyrmion bubbles driven by spin-transfer torque in achiral ferromagnetic nanostripes using micromagnetic simulations. In a three-dimensional uniaxial ferromagnet with a quality factor that is smaller than 1, the skyrmion bubble is forced to stay at the central nanostripe by a repulsive force from the geometry border. The coherent motion of skyrmion bubbles in the nanostripe can be realized by increasing the quality factor to ~ 3.8. Our results should propel the design for future spintronic devices such as artificial neural computing and racetrack memory based on dipole-stabilized skyrmion bubbles.  相似文献   

20.
《中国物理 B》2021,30(7):77503-077503
A numerical study reports that the zero-field skyrmions in Fe Ge thin films are stabilized when a Fe Ge layer is exchange coupled to a single-domain Ni layer, which has been magnetized perpendicularly. Due to the small thickness, an easy-plane anisotropy in the Fe Ge layer is taken into account, and the skyrmion-crystal state is favored to appear for low anisotropies and intermediate Fe Ge/Ni interlayer exchange couplings, and finally transformed from a labyrinth-like and into an out-ofplane uniform state for the large couplings or into an in-plane state for the high anisotropies. Furthermore, the maximum skyrmion charge number is bigger for the periodic and fixed boundary conditions with an out-of-plane magnetization;on the contrary, the Bloch-type skyrmions can be frozen and stabilized for the larger couplings on the fixed boundary with an in-plane magnetization, similar to the experimental results of the magnetic-field-induced skyrmions. Finally, the skyrmion charge number and diameter both decrease if the nonmagnetic defects exist, and the skyrmion centers are prone to being captured by defect sites. This work evidences that the ensembles of homochiral skyrmions stabilized in the multilayers fabricated by well-established technologies present a roadmap to design new classes of the materials that can host skyrmions.  相似文献   

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