其中,磁性 skyrmion 正被考虑用作信息载体,它是具有手性边界的纳米级自旋结构。[2] 自 2009 年首次在 MnSi 单晶中实验观察到 skyrmion 以来 [3],skyrmion 已在多种薄膜系统 [4–8] 以及其他单晶中被发现。[3,9–12] 在同一时期,随着石墨烯单层剥离的成功演示,二维层状材料家族引起了广泛关注。[13] 磁性范德华 (vdW) 晶体的加入为自旋电子学应用打开了大门。几种二维层状磁性材料块体晶体,包括 Cr 2 Ge 2 Te 6、[14] CrI 3、[15] 和 Fe 3 GeTe 2、[16],已被证明在厚度仅为一个或几个单层时就表现出磁性。前两种材料是绝缘的,而 Fe 3 GeTe 2(FGT)是金属的,因此提供了通过自旋流操纵自旋纹理的可能性。由于表现出强的垂直磁各向异性,并且可以通过改变其化学成分或离子门控来调整其居里温度(T c ),FGT 是一种非常适合自旋电子应用的材料。[16–19]
1 艾资哈尔大学理学院物理系,艾斯乌特 71524,埃及;ANkhedr@azhar.edu.eg (ANK);amabdelaty@ub.edu.sa (A.-HA-A.);tammam@azhar.edu.eg (MT) 2 萨坦·本·阿卜杜勒阿齐兹王子大学阿夫拉杰科学与人文学院数学系,沙特阿拉伯阿夫拉杰 11942 3 艾斯乌特大学理学院数学系,艾斯乌特 71515,埃及 4 比沙大学理学院物理系,比沙 61922,沙特阿拉伯 5 索哈杰大学理学院数学系,索哈杰 82524,埃及; mabdelaty@zewailcity.edu.eg 6 沙迦大学应用物理与天文学系,沙迦 27272,阿拉伯联合酋长国;heleuch@sharjah.ac.ae 7 阿布扎比大学艺术与科学学院应用科学与数学系,阿布扎比 59911,阿拉伯联合酋长国 8 德克萨斯 A&M 大学量子科学与工程研究所,德克萨斯州大学城 77843,美国 * 通讯地址:abdelbastm@aun.edu.eg
我们提出了一种灵活,有效的方法,可以通过在三维框架中耦合电荷,自旋和磁化动力学来建模现代SOT-MRAM细胞中的磁化动力学。我们扩展了现有文献,以获得为Rashba-Edelstein效应建模的旋转电流边界条件。我们计算起源于自旋大厅和Rashba-Edelstein效应的自旋 - 轨道扭矩,并表明我们的模型可以重现IR/COFEB双层结构中自旋扭矩的厚度依赖性的实验结果。此外,我们通过模拟无野外SOT-MRAM细胞中的磁化逆转来验证我们的方法,并表明,随着界面dzyaloshinskii – Moriya相互作用,我们获得了与先前报道的实验结果相似的域壁运动。
在这篇综述中,我们讨论了有关机器学习算法开发的最新结果,用于表征磁性的磁性磁纹理,这些磁性质地源自Dzyaloshinskii - Moriya - Moriya相互作用,该相互作用竞争了Heisenberg在Ferromagnets中的Heisenberg同型交换。我们表明,对于经典的自旋系统,有一系列的机器方法,可以根据几个磁化快照的基础,允许其准确的相位进行分类和定量描述。反过来,对量子天空的研究是一个较少探索的问题,因为对使用经典超级计算机进行此类波浪函数的模拟存在基本局限性。一个人需要找到模仿近期量子计算机上量子天空的方法。在这方面,我们讨论了基于从投影测量值获得的斑点数量有限的量子天空状态来估算经典对象的结构复杂性的实现。
因此与磁场成正比。异常霍尔效应 (AHE) 与铁磁体中的磁化有关,磁化通常源于动量空间中的 Berry 相。[3] 然而,发现一种新型霍尔效应既不依赖于磁场也不依赖于磁化。它起源于标量自旋手性 χ ijk = S i × ( S j × S k ),由非共面或非共线自旋配置(例如螺旋、畴壁或 skyrmion)产生。[3,5,6] 当传导电子穿过非共面自旋结构时,会在实空间中产生量子力学 Berry 相,并与虚拟磁场相关。该场是这种特殊霍尔效应的起源,称为拓扑霍尔效应 (THE)。 [3] 在大多数情况下,THE 的形成是由非零的 Dzyaloshinskii–Moriya 相互作用 (DMI) 驱动的,这需要强自旋轨道耦合 (SOC) 的存在和反演对称性的破坏。因此,由 skyrmions 诱导的 THE 首次在非中心对称的 B20 化合物(如 MnSi、MnGe 和 FeGe)中观察到。[7–10] 由于拓扑自旋的存在,THE
拓扑结构效应()是手性自旋纹理的运输响应,因此可以用作检测和理解这些非常规磁序的强大探针。到目前为止,仅在非中心人对称系统中观察到,dzyaloshinskii-moriya相互作用稳定自旋手性,或与Ruderman – Kasuya – Kasuya – Yosida-Yosida-type相互作用的三角晶格磁铁。在这里,在Fe-Co-Ni-Mn化学复杂合金中观察到的一个明显的化学合金,其在广泛的温度和磁场上具有简单的以面部为中心的立方(FCC)结构。由于在近距离包装的FCC晶格上磁性原子的随机占用以及原子之间直接的海森贝格交换相互作用,该合金被证明具有强烈的磁性挫败感,这证明了在低温方向上出现重进入的自旋玻璃状态,并且是第一个原理计算。因此,这归因于在外部磁场下强烈的自旋挫败产生的非变化旋转手性,这与负责Skyrmion Systems的机制以及几何沮丧的磁体不同。
抽象的拓扑孤立场(例如磁性和极性天空)被设想为革新微电子。这些配置已在具有全局反转对称性破坏的固态材料中稳定,该材料将磁性材料转化为称为dzyaloshinskii – Moriya Interaction(DMI)的矢量自旋交换(DMI),以及旋转手学选择和同型溶质词。这项工作报告了3D手性旋转纹理的实验证据,例如螺旋旋转和具有不同手性和拓扑电荷的天空矩阵,在无定形的Fe – Ge厚膜中稳定。这些结果表明,具有随机DMI的结构和化学无序的材料可以类似于具有SIMI磁性特性,力矩和状态的反转对称破碎系统。无序的系统与具有全球反转对称性的系统通过其退化的旋转心脏破裂的区别,可以在RE Manence时形成各向同性和各向异性拓扑纹理,同时在材料合成,伏特,伏特,应变和菌株操纵方面具有更大的灵活性。
磁性材料已知数千年。,由于它们在电动机,传感器和计算机等设备中的广泛使用以及常规的冰箱磁铁,它们在当今世界中起着重要作用。对在铁磁材料中的应用(即自旋波)中的应用非常希望。如今,大多数计算单元基于电子设备。 然而,由于使用高功率密度和高电压相关的局限性,可能很快就不可能对综合电路进行进一步的小型化。 旋转波的最大优势是它们的非常低的能量,加上微波频率中数百甚至数十纳米的波长,可以设计出比电子设备设计具有明显低于电子设备的纳米级设备的可能性。 在过去的二十年中,科学家特别强调了基本宏伟设备的设计,例如定向耦合器,二极管,晶体管或逻辑门,这些设备可以在宏伟的集成电路中找到应用。 在这些系统中,对元素之间相互作用的控制对于完全利用自旋波性能至关重要。 在本文中,我研究了可以在宏伟系统中找到应用的铁磁多层。 我通过引入磁性开始论文。 接下来是对微磁性的解释,控制磁系统的相互作用,磁化纹理和自旋波,以当前深入研究的宏伟晶体和自旋波计算的主题结论。如今,大多数计算单元基于电子设备。然而,由于使用高功率密度和高电压相关的局限性,可能很快就不可能对综合电路进行进一步的小型化。旋转波的最大优势是它们的非常低的能量,加上微波频率中数百甚至数十纳米的波长,可以设计出比电子设备设计具有明显低于电子设备的纳米级设备的可能性。在过去的二十年中,科学家特别强调了基本宏伟设备的设计,例如定向耦合器,二极管,晶体管或逻辑门,这些设备可以在宏伟的集成电路中找到应用。在这些系统中,对元素之间相互作用的控制对于完全利用自旋波性能至关重要。在本文中,我研究了可以在宏伟系统中找到应用的铁磁多层。我通过引入磁性开始论文。接下来是对微磁性的解释,控制磁系统的相互作用,磁化纹理和自旋波,以当前深入研究的宏伟晶体和自旋波计算的主题结论。然后,我解释了论文中使用的数值方法,并详细介绍了问题的实现。在研究的第一部分中,我展示了如何使用非重点相互作用来设计非相互设备。dzyaloshinskii – moriya的相互作用用于诱导分散关系的不对称性,该分散关系进一步用于设计自旋波二极管和循环器。在第二项研究中,使用偶极相互作用引起的达蒙 - 什场模式的表面特征用于设计一个四端口的设备,该设备可以具有不同的功能(循环器,方向耦合器或反射器),用于不同的激发频率。下一项研究显示了与垂直磁各向异性的dzyaloshinskii – moriya相互作用如何导致忽略1 nm的层之间的相互作用,这可以进一步用于设计密集包装的非交织的不相互作用的波导的系统。在第三部分中,我将专注于使用层之间的相互作用,将材料与磁化纹理和具有良好自旋波传播特性的材料搭配起来,以形成宏伟的晶体。第一个系统是具有弱垂直磁各向异性的层,其中诱导条纹结构域,并与薄或绒布层相互作用。由于
最近有报道称 NaFe(WO 4 ) 2 在低温下(<4 K)表现出不公度螺旋自旋序,16 尽管由于该材料中共存相反的手性,这种磁性不能诱导净铁电(FE)极化(P)。不同的是,刘等人揭示了 LiFe(WO 4 ) 2 中更有趣的磁螺旋,它通过逆 Dzyaloshinskii − Moriya (DM) 相互作用打破了空间反转对称性并在 19.7 K 以下沿 [010] 轴诱导净 FE P。17 因此,LiFe(WO 4 ) 2 是继第一种 MnWO 4 之后,钨酸盐家族中第二种经实验证实的多铁性材料。 18 , 19 尽管具有共同的化学式,双钨酸盐/钼酸盐的晶体结构却可以在很大范围内变化。事实上,LiFe(WO 4 ) 2 和 NaFe(WO 4 ) 2 的空间群(C 2/ c vs P 2/ m)不同,Fe 离子的排列也不同。这种结构多样性使得在双钨酸盐/钼酸盐中发现更多奇特的磁性成为可能。例如,据报道 RbFe(MoO 4 ) 2