CAREER: Skyrmion-Vortex Interactions in Ferromagnet-Superconductor Heterostructures
职业:铁磁体-超导异质结构中的斯格明子-涡旋相互作用
基本信息
- 批准号:2325089
- 负责人:
- 金额:$ 64.09万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-06-01 至 2026-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Non-technical abstract:The field of spintronics is a rapidly advancing and disruptive research area, producing novel device schemes that are superior to conventional computing electronics. Conventional electronic elements use electron charge to store and transmit information. For example, the amount of charge accumulated on a capacitor may determine whether it contributes a “0” or a “1” binary digit. On the other hand, spintronic devices exploit another property of electrons, called spin (up, down, or canted), to encode information. These devices can in fact use spin currents to control logic operations faster and more energy efficiently than charge currents can accomplish in conventional semiconductor transistor-based logic. Spintronics devices typically consist of ferromagnets as the source of the spin current. Incorporating elements that are superconductors, which have no electrical resistance, can enhance the overall device performance and offer new functionalities, such as remarkably low-dissipation (energy loss) spin transport. Such ferromagnetic-superconductor structures are also constituents of schemes for topological quantum computing, an architecture that is predicted to be robust to environmental noise that plagues other quantum device platforms. This project investigates ferromagnetic-superconductor devices that could form building blocks of novel computing architectures by imaging nanoscale magnetic fields throughout the device and determining the effects of temperature and an applied current on the device operation. This effort also contributes to the development of a globally competitive quantum workforce in the U.S. by designing a novel lab course that teaches foundational skills for careers in quantum sensing and computing, and providing training in electronics to K-12 students at a local elementary school. Technical abstract:Ferromagnet-superconductor (FS) heterostructures are promising platforms for superconducting spintronics and topological quantum computing. In FS heterostructures, it is theoretically predicted that skyrmion-vortex pairs can form that are desirable for computing applications. The objective of this program is to design, fabricate, and study a system in which skyrmions and vortices co-exist and interact. Specifically, the research team studies proximity coupling in two different FS heterostructures: iron germanium telluride (FGT) - superconductor bilayers and arrays of FeGe islands under a superconducting layer. For both heterostructures, they employ magnetic force microscopy and electrical transport measurements to study the dynamics of magnetic textures that emerge in these devices under variable temperatures (down to 1.6 K) and magnetic fields (up to 12 T), determining the conditions under which skyrmions and vortices co-exist and bind. Proposed work includes studies of the effects of thermal energy and current-induced forces, and comparing the results to semiclassical theories describing skyrmion-vortex pair dynamics.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:自旋电子学领域是一个快速发展和颠覆性的研究领域,产生了优于传统计算电子学的新颖设备方案。传统的电子元件利用电子电荷来存储和传输信息。例如,电容上累积的电荷量可以决定它是输出二进制数字“0”还是“1”。另一方面,自旋电子设备利用电子的另一种特性,称为自旋(向上、向下或倾斜)来编码信息。事实上,这些器件可以使用自旋电流来控制逻辑运算,比传统半导体晶体管逻辑中的电荷电流更快、更高效。自旋电子学设备通常由铁磁体组成,作为自旋电流的来源。将没有电阻的超导体元素结合在一起,可以提高设备的整体性能,并提供新的功能,例如非常低的耗散(能量损失)自旋输运。这种铁磁超导体结构也是拓扑量子计算方案的组成部分,这种架构预计对困扰其他量子设备平台的环境噪声具有鲁棒性。该项目研究了铁磁超导体器件,通过对整个器件的纳米级磁场进行成像,并确定温度和施加电流对器件运行的影响,这些器件可以形成新型计算体系结构的基石。通过设计一门新颖的实验课程,教授量子传感和计算职业的基本技能,并为当地小学的K-12学生提供电子方面的培训,这一努力也有助于美国发展具有全球竞争力的量子劳动力。技术文摘:铁磁-超导体异质结构是超导自旋电子学和拓扑量子计算的理想平台。在FS异质结构中,理论上预测可以形成计算应用所需的skyrron -vortex对。这个项目的目标是设计、制造和研究一个系统,在这个系统中,天空和漩涡共存并相互作用。具体来说,研究小组研究了两种不同FS异质结构中的接近耦合:碲化铁锗(FGT) -超导双层和超导层下的FeGe岛阵列。对于这两种异质结构,他们采用磁力显微镜和电输运测量来研究在可变温度(低至1.6 K)和磁场(高达12 T)下这些器件中出现的磁性结构的动力学,确定了skyrmions和涡旋共存和结合的条件。建议的工作包括研究热能和电流诱导力的影响,并将结果与描述skyrmins -vortex对动力学的半经典理论进行比较。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Serena Eley其他文献
BaMO3ナノ粒子サイズや密度がTFA-MOD法 (Y0.77Gd0.23)Ba2Cu3Oy+ BaMO3線材の磁場中特性に及ぼす影響
BaMO3纳米颗粒尺寸和密度对TFA-MOD (Y0.77Gd0.23)Ba2Cu3Oy+ BaMO3线磁场性能的影响
- DOI:
- 发表时间:
2021 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
齋藤寛晃;原田工夢;鈴木匠;Serena Eley;三浦正志 - 通讯作者:
三浦正志
Vortex phases and glassy dynamics in the highly anisotropic superconductor HgBa2CuO4+δ
高度各向异性超导体 HgBa2CuO4+δ 中的涡旋相和玻璃态动力学
- DOI:
10.1038/s41598-020-65224-5 - 发表时间:
2020-06-24 - 期刊:
- 影响因子:3.900
- 作者:
Serena Eley;Roland Willa;Mun K. Chan;Eric D. Bauer;Leonardo Civale - 通讯作者:
Leonardo Civale
Designing Nanomagnet Arrays for Topological Nanowires in Silicon
设计硅拓扑纳米线的纳米磁体阵列
- DOI:
10.1103/physrevapplied.10.054071 - 发表时间:
2018 - 期刊:
- 影响因子:4.6
- 作者:
Leon Maurer;John King Gamble;Lisa A Tracy;Serena Eley;Tzu - 通讯作者:
Tzu
高TC/低TCハイブリッド層を用いた熱アシストSTT磁化反転における界面高TC層の影響
界面高 TC 层对使用高 TC/低 TC 混合层热辅助 STT 磁化反转的影响
- DOI:
- 发表时间:
2021 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
齋藤寛晃;原田工夢;鈴木匠;Serena Eley;三浦正志;趙望臻,加藤剛志,大島大輝,岩田聡 - 通讯作者:
趙望臻,加藤剛志,大島大輝,岩田聡
Serena Eley的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Serena Eley', 18)}}的其他基金
Quantum and Thermal Creep of Skyrmions and Superconducting Vortices
斯格明子和超导涡旋的量子和热蠕变
- 批准号:
2330562 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Standard Grant
CAREER: Skyrmion-Vortex Interactions in Ferromagnet-Superconductor Heterostructures
职业:铁磁体-超导异质结构中的斯格明子-涡旋相互作用
- 批准号:
2046925 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Continuing Grant
MRI: Acquisition of an Automated, Variable Temperature and Magnetic Field Multi-property Measurement System
MRI:获取自动化、可变温度和磁场多属性测量系统
- 批准号:
1917860 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Standard Grant
Quantum and Thermal Creep of Skyrmions and Superconducting Vortices
斯格明子和超导涡旋的量子和热蠕变
- 批准号:
1905909 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Standard Grant
相似国自然基金
旋量玻色爱因斯坦凝聚体中skyrmion的激发机理与相互作用的研究
- 批准号:12375014
- 批准年份:2023
- 资助金额:52 万元
- 项目类别:面上项目
基于磁skyrmion的自旋霍尔纳米振荡器研究
- 批准号:12104124
- 批准年份:2021
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于Skyrmion拓扑磁结构的高频磁动态特性机理研究
- 批准号:51902269
- 批准年份:2019
- 资助金额:26.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
新型室温Skyrmion材料及其宽温域的研究
- 批准号:11804211
- 批准年份:2018
- 资助金额:24.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
Skyrmion磁基元与材料微结构关联的原位电子全息研究
- 批准号:11774403
- 批准年份:2017
- 资助金额:65.0 万元
- 项目类别:面上项目
几何受限磁体中skyrmion的形成与动力学调控研究
- 批准号:11604059
- 批准年份:2016
- 资助金额:22.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
多铁性Neel型skyrmion体系中新型磁电激发的理论研究
- 批准号:11604294
- 批准年份:2016
- 资助金额:20.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
受限体系Skyrmion动力学研究
- 批准号:11504351
- 批准年份:2015
- 资助金额:21.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
与Skyrmion态相关的螺旋磁有序体系的磁性研究
- 批准号:11574322
- 批准年份:2015
- 资助金额:73.0 万元
- 项目类别:面上项目
垂直各向异性多层膜中边界控制的单个磁skyrmion的产生、移动及湮灭机制研究
- 批准号:11404053
- 批准年份:2014
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
Skyrmion lattices in chiral ferromagnets
手性铁磁体中的斯格明子晶格
- 批准号:
EP/Y033256/1 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Research Grant
Development of Skyrmion Transistor
斯格明子晶体管的研制
- 批准号:
23K13660 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
High-speed measurement of magnetic skyrmion motion and detection of its mass
磁斯格明子运动的高速测量及其质量检测
- 批准号:
23KJ1477 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Study on manipulating skyrmion dynamics by surface acoustic waves
声表面波操控斯格明子动力学研究
- 批准号:
22KJ0635 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Skyrmion materials for spintronics
用于自旋电子学的斯格明子材料
- 批准号:
RGPIN-2018-04601 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Discovery Grants Program - Individual
All-electronic mechanism for superconductivity via skyrmion pairing
通过斯格明子配对实现超导的全电子机制
- 批准号:
557904-2021 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Postgraduate Scholarships - Doctoral
Topotactic Control of Magnetism in Multiferroic and Skyrmion Materials
多铁性和斯格明子材料中磁性的拓扑控制
- 批准号:
DP210102346 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Discovery Projects
All-electronic mechanism for superconductivity via skyrmion pairing
通过斯格明子配对实现超导的全电子机制
- 批准号:
557904-2021 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Postgraduate Scholarships - Doctoral
CAREER: Skyrmion-Vortex Interactions in Ferromagnet-Superconductor Heterostructures
职业:铁磁体-超导异质结构中的斯格明子-涡旋相互作用
- 批准号:
2046925 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Continuing Grant
Multiferroic Skyrmion Materials for Next Generation Nanoelectronics
用于下一代纳米电子学的多铁斯格明子材料
- 批准号:
DP210102554 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 64.09万 - 项目类别:
Discovery Projects