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Skyrmion人工智能元素
图 3 skyrmion 物理储层元件的波形识别。（a）输入信号的波形。输入信号是正弦波（红色）和方波（蓝色）的随机组合。 （b）经 skyrmion 物理储存器元件转换的输入信号波形。 （c）最终输出（灰色）和正确值（红色和蓝色）。最终的输出是经过一定权重的skyrmion物理储存器转换的信号之和。权重经过优化（训练），如果输入信号是正弦波，则输出为 1，如果输入信号是方波，则输出为 -1。将数据分为前半部分和后半部分，前半部分数据用于优化。可以看出，即使是后面这个没有用于训练的数据（测试），也能得到正确的输出。
莫特绝缘体 Cu2OSeO3 中的光诱导亚稳态隐藏 Skyrmion 相
报道了在多铁绝缘体 Cu 2 OSeO 3 中发现了一种新型长寿命亚稳态 skyrmion 相，并用 Lorentz 透射电子显微镜对低于平衡 skyrmion 口袋的磁场进行了可视化。此相可通过用近红外飞秒激光脉冲非绝热激发样品来获得，而任何传统的场冷却协议都无法达到，这被称为隐藏相。根据光创造过程的强烈波长依赖性以及通过自旋动力学模拟，磁弹效应被确定为最可能的光创造机制。该效应导致磁自由能景观的瞬态改变，将平衡 skyrmion 口袋延伸到更低的磁场。对光诱导相的演变进行了超过 15 分钟的监测，未发现任何衰减。由于这样的时间比激光脉冲在材料中引起的任何瞬态效应的持续时间长得多，因此可以假设新发现的 skyrmion 状态在实际应用中是稳定的，从而为在超快时间尺度上按需控制磁状态的新方法开辟了新天地，并大幅减少了与下一代自旋电子器件相关的散热。
承载两组磁性 Skyrmion 的范德华界面
磁耦合材料的应用为磁性的探索以及二维极限下的自旋电子学应用提供了新的机遇。[7–9] 在所有基于范德华层状体系的界面工程异质结构中，磁邻近效应对于操控自旋电子学、[10–12] 超导[13–15] 和拓扑现象至关重要。[16–18] 磁性 skyrmion 因其非平凡拓扑结构而得到深入研究，这导致了许多有趣的基本和动力学特性。[19–21] 这些主要见于非中心对称单晶[22–24] 超薄外延系统[25,26] 和磁性多层膜。 [27–31] 最近，在与氧化层 [32] 或过渡金属二硫化物 [33] 界面的范德华铁磁体中观察到了 Néel 型 skyrmion，通过调整铁磁体厚度可以控制 skyrmion 相。此外，使用各种范德华磁体，可以在其新界面中创建具有独特性质的 skrymion 相。承载多个 skyrmion 相的材料增加了该领域的丰富性，并且在设计方面具有额外的自由度
活性 skyrmion 的光学富集和引导动力学
摘要：光提供了一种控制材料物理行为的强大手段，但很少用于为活性物质系统提供动力和引导。我们展示了对被称为“skyrmion”的液晶拓扑孤子的光学控制，这种孤子是最近出现的可高度重构的无生命活性粒子，能够表现出诸如群居之类的突发集体行为。由于手性向列液晶具有扭曲的自然倾向，并且对电场和光反应灵敏，因此它可作为动态控制 skyrmion 和其他活性粒子的试验台。利用环境强度的非结构化光，我们展示了由振荡电场驱动并由光诱导障碍物和图案照明引导的大规模多面重构和集体 skyrmion 运动的解除。
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arXiv:2002.12469v3 [cond-mat.mes-hall] 2020 年 11 月 10 日
磁性 skyrmion 是未来大数据密度存储设备的有希望的候选者。人们已经发现，在室温条件下，有各种各样的材料可以承载 skyrmion。通常在透射电子显微镜 (TEM) 中进行的洛伦兹显微镜是表征真实空间中 skyrmion 样本的最重要工具之一。通过数值计算，这项工作将 TEM 中的相位对比度与孤立 N'eel 或 Bloch skyrmion（两种最常见的 skyrmion 类型）的实际磁化曲线联系起来。在所使用的 skyrmion 模型框架内，对于纯磁性样品，结果与 skyrmion 尺寸和壁宽以及样品厚度的比例无关。提供了简单的规则来提取纯 Bloch 或 N'eel skyrmion 的实际 skyrmion 配置，而无需模拟。此外，还介绍了符合实验预期的 N'eel skyrmion 上的首次微分相位对比度 (DPC) 测量，并展示了所描述的原理。这项工作与材料科学相关，它可以通过便捷的表征来实现 skyrmion 轮廓的设计。
室温下在无补偿合成反铁磁体中实现孤立高密度 Skyrmion
摘要：磁性 skyrmion 是具有非平凡自旋拓扑和新颖物理特性的涡旋状自旋结构，有望成为新型自旋电子应用的基本构建块。长期以来，人们一直提出合成反铁磁体 (SAF) 中的 Skyrmion 比铁磁材料中的 Skyrmion 具有许多优势，而铁磁材料不受尺寸和有效操控的基本限制。因此，人们热切地追求在 SAF 中实验实现 skyrmion。在这里，我们展示了用洛伦兹透射电子显微镜在 SAF [Co/Pd]/Ru/[Co/Pd] 多层中在室温下观察到的零场稳定磁性 skyrmion，其中 SAF 的未补偿矩为 skyrmion 表征提供了媒介。分别通过磁场和电磁协调方法观察到了孤立的 skyrmion 和高密度 skyrmion。即使电流和磁场都被移除，这些产生的高密度 skyrmion 仍保持零场。在 SAF 中使用 skyrmion 将推动基于自旋拓扑的实用非易失性存储器的发展。关键词：skyrmion、合成反铁磁体、电磁协调方法、Ruderman − Kittel − Kasuya − Yosida 相互作用
室温下电产生和控制的反铁磁半 skyrmion
拓扑保护的磁性结构，如 skyrmion、半 skyrmion（meron）及其反粒子，构成磁序中的微小涡旋。它们是下一代存储设备中信息载体的有希望的候选者，因为它们可以利用电流诱导的自旋扭矩以极高的速度高效推进 [1, 2, 3, 4, 5, 6]。反铁磁体已被证明可以承载这些结构的版本，它们因其具有太赫兹动力学、无偏转运动和由于没有杂散场而改善的尺寸缩放的潜力而引起了广泛关注 [7, 8, 9, 10, 11, 12]。本文展示了拓扑自旋纹理、子和反子可以在室温下生成，并利用电脉冲在薄膜 CuMnAs 中可逆移动，CuMnAs 是一种半金属反铁磁体，是自旋电子应用的试验平台系统 [13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]。反铁磁子子电生成和操控是充分发挥反铁磁薄膜作为高密度、高速磁存储器件有源元件的潜力的关键一步。
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拓扑电荷在一系列物理系统中发挥着重要作用。具体来说，对磁性材料中实空间拓扑对象的观测主要限于 skyrmion - 具有幺正拓扑电荷的状态。最近，实验中报道了更多具有不同拓扑的奇异状态，如反 skyrmion、meron 或 bimeron 以及 3D 状态，如 skyrmion 弦、手性浮子和霍普夫子。沿着这些思路，实现具有高阶拓扑的状态有可能为拓扑磁性及其自旋电子学应用的研究开辟新的途径。本文报道了在范德华磁体 Fe 3 − x GeTe 2 (FGT) 的剥离薄片中观察到的此类自旋纹理（包括 skyrmion、skyrmionium、skyrmion bag 和 skyrmion sack 状态）的实空间成像。这些复合 skyrmion 可能来自浓缩成条状域结构的种子环状状态，这证明了在剥离的 2D 磁体薄片中实现具有任意整数拓扑电荷的自旋纹理的可能性。形成机制的普遍性质促使人们在已知和新磁性材料中寻找复合 skyrmion 状态，这可能会揭示更丰富的高阶拓扑对象光谱。
使用几何和完整量子门进行基于 Skyrmion 的量子计算的机会
Skyrmion 是凝聚态中拓扑稳定的结构，具有粒子状特性。自 2009 年发现以来 [1]，它们在自旋电子学领域引起了广泛关注，尤其在存储设备和逻辑运算中具有潜在应用价值。随着实验技术的进步，Skyrmion 的尺寸已经可以小到只有几个晶格常数。这引起了人们对从量子力学角度研究其特性的兴趣，进而促成了 Skyrmion 量子比特的提出 [2]。在反演对称磁体中，Skyrmion 表现出有趣的特性，可能适用于量子计算应用 [3]。在哈密顿层面，Skyrmion 可以被设计成与现有的超导量子比特（如 transmon 和 flux 量子比特）相似。受这些相似之处的启发，我们探索了当 Skyrmion 配置在所谓的 transmon 状态时可能意味着什么。超导 transmon 量子比特具有增强的抗噪性和可控性，彻底改变了量子计算领域。因此，很自然地，我们会问 Skyrmion 量子比特是否可以实现类似的改进，因为它们是完全不同的物理实体。我们研究了两种可能的 Skyrmion 量子比特类型：S ˆ z 量子比特和螺旋性量子比特，它们取决于底层材料的特性。我们讨论了量子 Skyrmions 的量化过程以及这两种量子比特类型如何从集体坐标量化中产生。这引出了我们最终用来描述材料和仪器参数方面不同量子比特配置的一般哈密顿量。我们从非谐性和耦合强度等常见度量的角度讨论这些配置，以展示未来 Skyrmion 量子比特的机遇和挑战。此外，与通常实现的动态门不同，我们探索了这些系统中几何和完整量子门的潜力。为了实现这样的门，必须将量子比特设计成三级系统（即 Λ 系统），而这在 Skyrmion 量子比特的背景下尚未被探索过。我们阐述了如何创建这样的系统，并模拟了单个量子比特门来确认结果。最后，我们阐述了如何使用这些方法实现通用门集，并讨论了当前为实现 Skyrmion 量子比特的可扩展量子平台所做的努力。
请致电2025年申请 - 研究员
量子计算利用量子力学来彻底改变计算，但是量子控制和可伸缩性的挑战持续存在。磁性天空，有弹性的拓扑自旋纹理，通过其螺旋性作为量子信息载体提供了承诺。这个提出的项目探索了Skyrmion Helicity Dynamics，以开发精确的量子控制，减轻矫正性并使用镁和空腔光子启用纠缠，从而为基于Skyrmion的量子平台奠定了基础。关键字