Static and Dynamic Properties of Magnetic Skyrmions and Their Applications

磁性斯格明子的静态和动态特性及其应用

基本信息

  • 批准号:
    2202514
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-01 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Nontechnical AbstractThis award supports experimental research and education to advance basic knowledge in spintronics and magnetism. Spintronics uses electron spin to construct highly performing electronic devices beyond the conventional semiconductor chips. The magnetic entities or particles that the research team investigates are called magnetic skyrmions, tiny magnetic swirls that arise in two-dimensional materials that can be used for computing and information storage. Through the research efforts, the team can effectively control the motion of skyrmions and construct skyrmionic devices, thereby providing a research platform to train the next generation of scientists in spintronics. The principal investigator (PI) plans to develop new fabrication processes and characterization techniques that could lead to revolutionary computing, security, and sensing devices. The PI uses the most sophisticated high resolution magnetic imaging and electronic measurement techniques to uncover new spin-based physical phenomena. The PI plans to train diverse groups of students in materials/devices processing and characterization. The research team strives to make a lasting contribution to the science education of the public and young people. Research on nanoscale physics and devices has positive impacts on our society in areas of computing, information storage and processing, quantum sensing, and medical diagnostics. Skyrmion-enabled devices consume low power or less expensive materials, which mitigates climate change. With great potential in discovery and invention, this research project furthers the United States’ competitive edge in the electronics industry and help maintain leadership in advanced research, manufacturing, and innovation. Technical AbstractThe objective of this project is to understand the static and dynamic properties of magnetic skyrmions in magnetic multilayers, by exploring the interactions between skyrmions and various excitations including the magnetic field and spin current. The PI aims to achieve an understanding of the static, global and local dynamic behavior of skyrmions, both individually and collectively as clusters. The experimental approach utilizes state-of-the-art sample fabrication, submicron lithography, advanced imaging techniques and highly sensitive electronic measurements. The research team relies on micromagnetic simulations, electron magnetotransport theory, and condensed matter physics on spin-orbit coupling. The team plans to develop new device paradigms with advantages over existing designs in non-volatility of information, probabilistic computing, low power consumption, nanoscale scalability, ultrafast operation, and thermal stability. The project advances basic knowledge in spintronics and physics of topological magnetism. The team plans to develop understanding about single-skyrmion behavior, skyrmion-skyrmion interactions and their interactions with external controls and local variations in the spatial energy landscape. Through the research efforts, the team can effectively control skyrmions and construct skyrmionic devices, providing a research platform to train the next generation of scientists in the critical technological area of spintronics. The PI plans to train and educate diverse groups of students in their acquisition of condensed matter physics knowledge and experimental skills in materials/devices processing and characterization.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术摘要这一奖项支持实验研究和教育,以促进旋转和磁性方面的基础知识。 SpinTronics使用电子自旋来构建超出常规半导体芯片以外的高性能电子设备。研究团队研究的磁性实体或颗粒称为磁性天空,这是在二维材料中产生的微小磁漩涡,可用于计算和信息存储。通过研究工作,团队可以有效地控制天空的运动并构建Skyrmionic设备,从而提供了一个研究平台来培训Spintronics的下一代科学家。首席研究员(PI)计划开发新的制造过程和表征技术,这些技术可能会导致革命性的计算,安全性和灵敏度设备。 PI使用最复杂的高分辨率磁成像和电子测量技术来发现新的基于自旋的物理现象。 PI计划在材料/设备处理和表征中培训潜水员的学生团体。研究小组努力为公众和年轻人的科学教育做出持久的贡献。在计算,信息存储和处理,量子敏感性和医学诊断方面,对纳米级物理和设备的研究对我们的社会产生了积极影响。支持Skyrmion的设备消耗低功率或较便宜的材料,从而减轻气候变化。该研究项目在发现和事件方面具有巨大的潜力,推动了美国在电子行业的竞争优势,并帮助维持高级研究,制造和创新的领导能力。技术摘要该项目的目的是通过探索Skyrmions与包括磁场和旋转电流在内的各种激励之间的相互作用,了解磁性多层中磁性天空的静态和动态特性。 PI旨在以单独和集体作为群集来了解天空的静态,全球和局部动态行为。实验方法利用了最先进的样品制造,亚微米岩石学,高级成像技术和高度敏感的电子测量。研究团队依靠微磁模拟,电子磁转运理论以及旋转轨道耦合的物理物理学。该团队计划开发新的设备范例,其优势比现有设计的优势在信息,有问题的计算,低功耗,纳米级可扩展性,超快操作和热稳定性方面具有优势。该项目在拓扑磁性的旋转和物理学方面提高了基础知识。该团队计划发展对单基因行为,Skyrmion-Skyrmion相互作用及其与空间能量景观中外部控制和局部变化的相互作用的理解。通过研究工作,团队可以有效地控制天空并构建天空设备,提供一个研究平台,以培训Spintronics关键技术领域的下一代科学家。 PI计划在材料/设备处理和特征中培训和教育学生团体,以获取凝聚态物理学知识和实验技能。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响标准来评估NSF的法定任务。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Fundamental Physics and Applications of Skyrmions: A Review
  • DOI:
    10.1016/j.jmmm.2022.169905
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Kang Wang;Vineetha Bheemarasetty;Junhang Duan;Shiyu Zhou;Gang Xiao
  • 通讯作者:
    Kang Wang;Vineetha Bheemarasetty;Junhang Duan;Shiyu Zhou;Gang Xiao
Spin textures in synthetic antiferromagnets: Challenges, opportunities, and future directions
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Kang Wang;Vineetha Bheemarasetty;Gang Xiao
  • 通讯作者:
    Kang Wang;Vineetha Bheemarasetty;Gang Xiao
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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知道了