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磁性斯格明子的研究现状和展望 被引量:4
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作者 刘艺舟 臧佳栋 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期16-36,共21页
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,... 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. 展开更多
关键词 磁斯格明子 手性磁体 磁性薄膜 拓扑物理
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磁性斯格明子的应用前景
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作者 范开泉 梁雪 周艳 《物理》 CAS 北大核心 2023年第1期21-29,共9页
近年来,磁性斯格明子在自旋电子学这门新兴学科中成为了一个重要的研究热点,备受人们关注。它是一种受拓扑保护的稳定自旋结构,具有尺寸小、退钉扎电流密度低和易操控等特点。与传统的磁畴壁、磁泡或者磁涡旋相比,磁斯格明子更有望作为... 近年来,磁性斯格明子在自旋电子学这门新兴学科中成为了一个重要的研究热点,备受人们关注。它是一种受拓扑保护的稳定自旋结构,具有尺寸小、退钉扎电流密度低和易操控等特点。与传统的磁畴壁、磁泡或者磁涡旋相比,磁斯格明子更有望作为数据信息的载体应用于未来的自旋电子学设备中,不仅可以大幅度地缩减器件的尺寸、降低能耗,同时也能确保信息的非易失性。文章重点介绍了磁性斯格明子在信息技术领域中的主要应用前景,比如信息存储、逻辑运算和神经形态计算等。 展开更多
关键词 磁性斯格明子 自旋电子学 信息技术
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Lorentz transmission electron microscopy for magnetic skyrmions imaging 被引量:1
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作者 Jin Tang Lingyao Kong +2 位作者 Weiwei Wang Haifeng Du Mingliang Tian 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第8期1-9,共9页
Magnetic skyrmions have interesting properties,including their small size,topological stability,and extremely low threshold current for current-driven motion.Therefore,they are regarded as promising candidates for nex... Magnetic skyrmions have interesting properties,including their small size,topological stability,and extremely low threshold current for current-driven motion.Therefore,they are regarded as promising candidates for next-generation magnetic memory devices.Lorentz transmission electron microscopy(TEM)has an ultrahigh magnetic domain resolution(~2 nm),it is thus an ideal method for direct real-space imaging of fine magnetic configurations of ultra-small skyrmions.In this paper,we describe the basic principles of Lorentz-TEM and off-axis electron holography and review recent experimental developments in magnetic skyrmion imaging using these two methods. 展开更多
关键词 magnetic skyrmion LORENTZ transmission MICROSCOPE NANOSTRUCTURES
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纳米结构中磁斯格明子的原位电子全息研究 被引量:2
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作者 李子安 柴可 +3 位作者 张明 朱春辉 田焕芳 杨槐馨 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期56-69,共14页
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... 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. 展开更多
关键词 磁斯格明子 磁纳米结构 洛伦兹透射电子显微镜 电子全息术
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薄膜异质结及二维材料中的磁斯格明子 被引量:1
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作者 王智文 梁敬华 杨洪新 《物理》 CAS 北大核心 2022年第7期465-472,共8页
磁斯格明子因具有拓扑稳定、移动速度快、尺寸小、驱动电流密度低等优异性质引起了人们的广泛关注。它被视作未来超高密度磁存储和逻辑功能器件的理想信息载体。基于磁斯格明子的自旋电子学器件具有非易失、高读写速度、高存储密度以及... 磁斯格明子因具有拓扑稳定、移动速度快、尺寸小、驱动电流密度低等优异性质引起了人们的广泛关注。它被视作未来超高密度磁存储和逻辑功能器件的理想信息载体。基于磁斯格明子的自旋电子学器件具有非易失、高读写速度、高存储密度以及低功耗的优势,从而能满足人们对高性能器件的要求。此外,拓扑性与磁性的结合使得磁斯格明子成为研究拓扑磁性物理的良好平台。文章简要介绍了磁斯格明子的发展概况及其拓扑物理性质,并着重讨论薄膜异质结及二维材料中磁斯格明子的研究进展,为今后进一步探索磁斯格明子相关研究领域抛砖引玉。 展开更多
关键词 拓扑磁性 磁斯格明子 Dzyaloshinsky—Moriya相互作用
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在尺寸受限体系中的磁斯格明子 被引量:1
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作者 田明亮 《物理》 CAS 北大核心 2020年第2期69-76,共8页
磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度磁涡旋结构。由于其具有尺寸小、稳定性高和可操控等粒子特性,在未来构建高密度、高速度、低能耗、非易失性磁存储器件方面具有潜在的应用价值,引起了人们的广泛关注。文章就斯格明子产生的基... 磁性斯格明子是具有拓扑保护性质的纳米尺度磁涡旋结构。由于其具有尺寸小、稳定性高和可操控等粒子特性,在未来构建高密度、高速度、低能耗、非易失性磁存储器件方面具有潜在的应用价值,引起了人们的广泛关注。文章就斯格明子产生的基本原理、性质,尤其是在尺寸受限条件下的稳定性机制、实空间观察、器件应用及面临的挑战等进行简单阐述。 展开更多
关键词 磁斯格明子 自旋转移矩效应 存储器件
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磁斯格明子研究现状综述 被引量:1
7
作者 杨洪新 《四川师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2021年第3期285-306,F0002,共23页
磁斯格明子是具有拓扑保护的涡旋磁结构,它因尺寸小、结构稳定、易调控、驱动阈值电流小等诸多优点,有望成为下一代高容量、高速读写、低功耗、非易失性信息存储及逻辑运算的信息载体.它在基础前沿物理研究中的意义以及在未来的信息技... 磁斯格明子是具有拓扑保护的涡旋磁结构,它因尺寸小、结构稳定、易调控、驱动阈值电流小等诸多优点,有望成为下一代高容量、高速读写、低功耗、非易失性信息存储及逻辑运算的信息载体.它在基础前沿物理研究中的意义以及在未来的信息技术中具有广泛的应用前景,吸引了众多研究者的兴趣.目前已经发现的磁斯格明子能在不同材料体系中跨多个温度区域存在,如低温区B20型中心对称破缺的块体材料或室温区的磁性薄膜材料,以及最近预言的二维单层磁性Janus材料.在这些材料体系中,结构对称性破缺和自旋轨道耦合导致的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)是诱导诸如磁斯格明子等手性磁结构稳定存在的关键因素.简要介绍磁斯格明子的发展历程,归纳总结磁斯格明子的材料体系、研究方法以及基于磁斯格明子的电子学器件,并着重从第一性原理计算的角度出发探讨DMI的物理本质. 展开更多
关键词 磁斯格明子 拓扑磁性 Dzyaloshinsky-Moriya相互作用 自旋电子学
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几何结构对电流驱动纳米带内磁斯格明子移动特性的影响
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作者 张光富 谭伟石 +1 位作者 张赛文 文兵 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期39-43,共5页
研发新一代自旋电子器件要求精确操控纳米带内磁斯格明子的移动。磁斯格明子存在横向移动且移动速度慢是影响新一代自旋电子器件开发应用的主要因素。基于微磁学模拟研究了不同结构纳米带中磁斯格明子在电流驱动作用下的移动特性。电流... 研发新一代自旋电子器件要求精确操控纳米带内磁斯格明子的移动。磁斯格明子存在横向移动且移动速度慢是影响新一代自旋电子器件开发应用的主要因素。基于微磁学模拟研究了不同结构纳米带中磁斯格明子在电流驱动作用下的移动特性。电流驱动纳米带内磁斯格明子移动过程中存在横向移动,因此存在最大的注入电流J_(max)和最大移动速度V_(max)。在矩形纳米带内,J_(max)和V_(max)相对较小。通过裁剪矩形纳米带中央形成凹槽纳米带,J_(max)和V_(max)可显著提高,但反映驱动效率的速度V_(x)与注入电流J的比值(V_(x)/J)不大。提出利用裁剪纳米带边缘形成引导型纳米带来增大V_(x)/J。相对于矩形纳米带,电流驱动的引导纳米带中磁斯格明子移动时,V_(x)/J显著增大,且在一定程度上增大了J_(max)和V_(max)。电流驱动纳米带中磁斯格明子移动的最优方案是集合了引导和凹槽纳米带优势的组合纳米带,可获得更大的电流驱动效率、更大的移动速度。这些研究结果可为开发设计新一代自旋电子器件提供理论依据。 展开更多
关键词 磁斯格明子 纳米带 微磁学模拟 自旋极化电流 自旋电子器件
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基于Dzyaloshinsky-Moriya相互作用和人工的磁斯格明子研究
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作者 孙亮 杜海峰 +3 位作者 缪冰锋 田明亮 丁海峰 王伯根 《中国基础科学》 2019年第1期39-44,共6页
磁性斯格明子是一种实空间拓扑准粒子,它展现出丰富、新奇的物理性质,为自旋电子学的研究提供了新的方向。另一方面,由于其具有尺寸小、稳定性高、易操控等特性,在未来的存储器件中也有潜在应用价值。本文简单介绍了在国家重点研发计划... 磁性斯格明子是一种实空间拓扑准粒子,它展现出丰富、新奇的物理性质,为自旋电子学的研究提供了新的方向。另一方面,由于其具有尺寸小、稳定性高、易操控等特性,在未来的存储器件中也有潜在应用价值。本文简单介绍了在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项(2017YFA0303200)资助下,对基于Dzyaloshinsky-Moriya相互作用和人工的两种磁性斯格明子进行的系统研究。 展开更多
关键词 磁斯格明子 DM相互作用 磁涡旋
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磁性斯格明子的旋性布朗运动研究
10
作者 赵乐 江万军 《物理实验》 2021年第3期1-7,共7页
从布朗运动的发现历史出发,介绍了布朗运动的运动特点与研究方法.结合具体的材料体系,详述了如何使用磁光克尔效应显微镜观察并采集单个磁性斯格明子的随机热运动行为.通过分析,最终发现磁性斯格明子随温度非线性增强的扩散行为,和与拓... 从布朗运动的发现历史出发,介绍了布朗运动的运动特点与研究方法.结合具体的材料体系,详述了如何使用磁光克尔效应显微镜观察并采集单个磁性斯格明子的随机热运动行为.通过分析,最终发现磁性斯格明子随温度非线性增强的扩散行为,和与拓扑特性相关的旋进现象,以期为实验教学与科学研究提供思路与指导. 展开更多
关键词 磁性斯格明子 布朗运动 随机热扩散 磁光克尔效应 自旋电子学
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室温磁性斯格明子材料及其应用研究进展
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作者 刘益 钱正洪 朱建国 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第23期43-58,共16页
磁性斯格明子是一种具有涡旋状非共线自旋结构的准粒子,具有独特的拓扑保护特性,可在极低电流驱动下运动,有望在信息技术领域获得广泛应用.从2015年开始,科学家已经发现了多种室温磁性斯格明子材料,例如斯格明子多层膜、人工斯格明子材... 磁性斯格明子是一种具有涡旋状非共线自旋结构的准粒子,具有独特的拓扑保护特性,可在极低电流驱动下运动,有望在信息技术领域获得广泛应用.从2015年开始,科学家已经发现了多种室温磁性斯格明子材料,例如斯格明子多层膜、人工斯格明子材料、β-Mn型单晶材料、中心对称材料(铁氧体、六方Ni2In型)等.其中多层膜材料由于其制备工艺简单、可通过调节各膜层厚度优化性能、器件集成度高等优点而备受关注.这些室温磁性斯格明子材料具有涌生电动势、拓扑霍尔效应、斯格明子霍尔效应等特性,有望用来制备多种新型自旋电子器件,例如赛道存储器、微波探测器、纳米振荡器等,其中赛道存储器有望成为下一代非易失性、低能耗和高密度的存储器.本文首先介绍了磁性斯格明子的基本特性,然后综述了近年来室温磁性斯格明子材料的研究进展、制备技术及表征方法,最后简单介绍了用室温磁性斯格明子材料研制赛道存储器、微波探测器等原型器件的研究进展,展望了室温磁性斯格明子材料的未来发展趋势. 展开更多
关键词 磁性斯格明子 室温 赛道存储器 微波探测器
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磁斯格明子的微磁学研究进展和应用
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作者 金晨东 宋承昆 +2 位作者 王金帅 王建波 刘青芳 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期173-186,共14页
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... 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. 展开更多
关键词 磁斯格明子 应用 微磁学模拟
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磁畴壁拓扑结构研究进展
13
作者 张颖 李卓霖 沈保根 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期57-68,共12页
拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同... 拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点,严重阻碍了其在实际器件中的应用,因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键.本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来,利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作.首次在范德瓦耳斯Fe_(5–x)GeTe_(2)二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链,研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为,揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制.在该机制指导下,设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜,不仅获得了磁畴壁麦纫,验证了生成机制的普适性,还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变,开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展拓扑磁性物态探索和研究的新方向. 展开更多
关键词 磁畴壁麦纫 磁畴壁斯格明子 自旋重取向 洛伦兹透射电子显微镜 二维磁性材料
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